Questa è un'immagine SEM a bassa risoluzione dopo l'elaborazione colloidale che indica GPL parzialmente esfoliato mescolato con particelle Si3N4 ben disperse. Le immagini indicano chiaramente GPL decorato con particelle di Si3N4; le particelle di Si3Nk4 sono ben disperse su tutta la superficie dei fogli. Credito:ACS Publications/UA Engineering
Un team di ricercatori dell'Università dell'Arizona e del Rensselaer Polytechnic Institute ha aumentato la tenacità dei compositi ceramici utilizzando rinforzi in grafene che consentono nuovi meccanismi di resistenza alla frattura nella ceramica.
La ricerca, guidato dall'assistente professore Erica L. Corral del Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali dell'Università dell'Arizona a Tucson, e il Professor Nikhil Koratkar del Dipartimento di Meccanica, Ingegneria aerospaziale e nucleare al Rensselaer Polytechnic Institute di Troy, New York, è stato recentemente pubblicato su ACS Nano , il mensile dell'American Chemical Society.
"Il nostro lavoro sui compositi ceramici di grafene è il primo del suo genere nella letteratura aperta e mostra meccanismi per l'indurimento utilizzando fogli di grafene bidimensionali che devono ancora essere visti nei compositi ceramici, " ha detto Corral. "Abbiamo aumentato significativamente la tenacità di una ceramica e fatto le prime osservazioni di grafene che arrestano la propagazione della cricca e costringono la cricca a cambiare direzione non solo in due ma anche tre dimensioni".
Queste osservazioni porteranno a un nuovo approccio per la progettazione dei compositi utilizzando il grafene in ceramica che non è stato possibile utilizzando i rinforzi in fibra convenzionali, dice Corral. "L'elevata area superficiale e l'esclusiva geometria bidimensionale del foglio sembrano essere migliori nell'arrestare la crescita delle crepe nella ceramica rispetto alle fibre convenzionali che sono rinforzi unidimensionali, " lei disse.
"Questo è un classico esempio di ricerca interdisciplinare di grande successo tra le università che era inaudito 15 o 20 anni fa, ma ora sta diventando di fondamentale importanza se vogliamo continuare a fare scoperte rivoluzionarie e mantenere la competitività degli Stati Uniti nel 21° secolo, " ha affermato il Prof. Koratkar del Rensselaer Polytechnic Institute. Koratkar ha incontrato il Dr. Corral a una conferenza sulla nanoscienza sponsorizzata dalla National Science Foundation dove ha tenuto un discorso sul suo lavoro nei compositi ceramici di nanotubi di carbonio.
Immagine SEM ad alta risoluzione dopo l'elaborazione colloidale che indica GPL parzialmente esfoliato mescolato con particelle Si3N4 ben disperse. Le immagini indicano chiaramente GPL decorato con particelle di Si3N4; le particelle di Si3Nk4 sono ben disperse su tutta la superficie dei fogli. Credito:ACS Publications/UA Engineering
Koratkar è rimasto colpito dalla presentazione di Corral, e si avvicinò a lei riguardo alla possibilità di esplorare l'uso del grafene per aumentare l'indurimento nelle ceramiche fragili. "Nel corso del prossimo anno abbiamo sfruttato l'esperienza del mio laboratorio nella sintesi di grandi quantità di piastrine di grafene e l'esperienza del gruppo di Corral nella fabbricazione e nei test di compositi ceramici, " Koratkar ha detto. "I nostri risultati pubblicati in ACS Nano mostrano l'enorme promessa che il grafene mostra nell'indurimento delle ceramiche che sono notoriamente fragili e soggette a guasti. Questo lavoro potrebbe aprire un campo di studio completamente nuovo sui nanocompositi ceramici di grafene, " lui dice.
Questo è il primo lavoro pubblicato che descrive l'uso del nanoriempitivo di grafene per rinforzare la ceramica e apparirà sulla rivista ACS Nano . Questa scoperta, misurata per aumentare la resistenza alla frattura del nanocomposito ceramico risultante di oltre il 200%, potrebbe essere potenzialmente utilizzata per migliorare la tenacità di una gamma di materiali ceramici, consentendo il loro uso diffuso in alte prestazioni, applicazioni strutturali che richiedono temperature di esercizio maggiori di 1, 000 gradi Celsius mantenendo l'integrità strutturale.
