Een team van onderzoekers van de Universiteit van Arizona en het Rensselaer Polytechnic Institute heeft de taaiheid van keramische composieten verhoogd door grafeenversterkingen te gebruiken die nieuwe breukweerstandsmechanismen in het keramiek mogelijk maken.

Het onderzoek, geleid door assistent-professor Erica L. Corral van de afdeling Materials Science and Engineering van de Universiteit van Arizona in Tucson, en professor Nikhil Koratkar van de afdeling Mechanische, Lucht- en ruimtevaarttechniek aan het Rensselaer Polytechnic Institute in Troy, New York, werd onlangs gepubliceerd in ACS Nano , het maandblad van de American Chemical Society.

"Ons werk aan grafeen-keramische composieten is het eerste in zijn soort in de open literatuur en toont mechanismen voor harding met behulp van tweedimensionale grafeenplaten die nog niet zijn gezien in keramische composieten, " zei Corral. "We hebben de taaiheid van keramiek aanzienlijk verhoogd en de eerste waarnemingen gedaan van grafeen dat de verspreiding van scheuren stopt en de scheur dwingt van richting te veranderen in niet alleen twee, maar ook drie dimensies."

Deze observaties zullen leiden tot een nieuwe benadering voor composietontwerp met behulp van grafeen in keramiek die niet mogelijk was met conventionele vezelversterkingen, zegt Corral. "Het grote oppervlak en de unieke tweedimensionale plaatgeometrie lijken de scheurgroei in keramiek beter te stoppen dan conventionele vezels die eendimensionale versterkingen zijn, " ze zei.

"Dit is een klassiek voorbeeld van zeer succesvol interdisciplinair onderzoek aan universiteiten dat 15 of 20 jaar geleden ongehoord was. maar wordt nu van cruciaal belang als we baanbrekende ontdekkingen willen blijven doen en het concurrentievermogen van de Verenigde Staten in de 21e eeuw willen behouden, " zei Prof. Koratkar van het Rensselaer Polytechnic Institute. Koratkar ontmoette Dr. Corral op een door de National Science Foundation gesponsorde nanowetenschapsconferentie waar ze een lezing hield over haar werk in keramische composieten van koolstof nanobuisjes.

Koratkar was onder de indruk van Corral's presentatie, en benaderde haar over de mogelijkheid om het gebruik van grafeen te onderzoeken om de hardheid van bros keramiek te vergroten. "Het volgende jaar hebben we gebruik gemaakt van de expertise van mijn laboratorium in de synthese van bulkhoeveelheden grafeenplaatjes en de expertise van Corral's groep op het gebied van fabricage en testen van keramische composieten, " zei Koratkar. "Onze resultaten zijn gepubliceerd in" ACS Nano laten de enorme belofte zien die grafeen laat zien in taaier keramiek dat notoir broos is en vatbaar is voor falen. Dit werk zou een geheel nieuw onderzoeksgebied voor grafeen-keramische nanocomposieten kunnen openen, " hij zegt.

Dit is het eerste gepubliceerde werk dat het gebruik van grafeen-nanovuller beschrijft om keramiek te versterken en zal in het tijdschrift verschijnen ACS Nano . Deze ontdekking - gemeten om de breukweerstand van het resulterende keramische nanocomposiet met meer dan 200 procent te verhogen - zou mogelijk kunnen worden gebruikt om de taaiheid van een reeks keramische materialen te verbeteren, waardoor ze wijdverbreid kunnen worden gebruikt in hoogwaardige, structurele toepassingen die bedrijfstemperaturen van meer dan 1 vereisen 000 graden Celsius met behoud van structurele integriteit.