(In alto a sinistra) Questa è una struttura di Ti-dispersa AI 2 oh 3 compositi (in basso a sinistra) Dipendenza dal contenuto di Ti della rugosità della frattura e della resistività elettrica (al centro) Nanostruttura della superficie di AI 2 oh 3 compositi prodotti tramite trattamenti chimici e termici (a destra) Scoloriti dall'attività fotocatalitica di AI 2 oh 3 compositi dopo trattamenti chimici e termici. Credito:Università di Osaka
I ricercatori dell'Università di Osaka hanno prodotto compositi costituiti da allumina (AI 2 oh 3 ) ceramica e titanio (Ti), vale a dire AI 2 oh 3 /Ti compositi. Hanno progettato una struttura di percolazione per formare un percorso di conduzione continuo disperdendo particelle di Ti di dimensioni fini in un AI 2 oh 3 matrice, ottimizzazione della dimensione delle particelle di polvere di Ti metallico e processi di sinterizzazione. Hanno migliorato la tenacità alla frattura e la conduttività elettrica dell'AI 2 oh 3 /Ti compositi conferendo loro contemporaneamente capacità fotocatalitica attraverso trattamenti chimici e/o termici. (Figura 1)
Sono stati studiati e sviluppati vari tipi di compositi metallo-ceramica, ma la loro combinazione e le loro strutture fini erano limitate. In particolare, la combinazione di ceramiche come l'allumina usata come matrici e il titanio, un metallo biocompatibile, ha un problema in quanto la struttura dei compositi non è uniforme a causa dell'elevata reattività del titanio (si verifica ossidazione e si producono composti chimici) e della grande dimensione delle particelle di polvere di Ti disponibile in commercio (diverse decine di micrometri). Così, era difficile produrre compositi che avessero i vantaggi sia della ceramica che del metallo:cioè, compositi in cui la polvere di Ti metallico è omogeneamente dispersa nella matrice e presenta eccellenti proprietà meccaniche.
Il gruppo ha preparato idruro di titanio macinato a sfere (TiH 2 ) polvere fine mescolata con polvere di allumina, producendo AI 2 oh 3 /Ti compositi utilizzando un metodo basato sulla decomposizione in situ di TiH 2 a Ti e sinterizzazione simultanea con Al 2 io 3 , quale processo ha inibito l'AI 2 oh 3 dissoluzione in Ti per diffusione attraverso reazione interfacciale tra AI 2 oh 3 e Ti durante la sinterizzazione. Di conseguenza, hanno minimizzato la reattività di Ti e AI 2 oh 3 per disperdere Ti significativamente più fine ed omogeneo (rispetto a quelli prodotti con metodi convenzionali) in AI 2 oh 3 , realizzare compositi con struttura a percolazione controllando il contenuto di Ti aggiunto.
In questo modo, il gruppo ha migliorato la tenacità alla frattura dell'AI . intrinsecamente fragile 2 oh 3 attraverso la dispersione di particelle fini di Ti in AI 2 oh 3 e, a causa della percolazione di particelle metalliche di Ti, contributo della conduttività elettrica alla ceramica isolante AI 2 oh 3 . Hanno anche dimostrato che AI 2 oh 3 la ceramica potrebbe essere lavorata mediante elettroerosione come i metalli. (Generalmente, ceramiche non sono elettricamente conduttive.) Inoltre, hanno formato uno strato di titanio nano-poroso o strutturato a nanobarra sulla superficie del composito ossidando selettivamente il Ti tramite trattamento con NaOH e/o trattamento termico. Attraverso questo, hanno dimostrato che la capacità fotocatalitica di abbattere le sostanze organiche potrebbe essere conferita anche contemporaneamente all'AI 2 oh 3 /Ti compositi.
Il leader del gruppo Tohru Sekino afferma:"AI 2 oh 3 I compositi /Ti saranno utilizzati come compositi a matrice ceramica che hanno eccellenti proprietà meccaniche e possono essere lavorati mediante elettroerosione. Saranno anche utilizzati per prodotti industriali e biomateriali come nuovi compositi multifunzionali che hanno uno strato superficiale attivo con proprietà antibatteriche e una capacità fotocatalitica di abbattere gli inquinanti".
