Een paper in het journaal Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen onderzoekt wat verhindert dat het versterkende vermogen van koolstofnanobuisjes wordt gebruikt in een keramische matrix.

Sinds hun ontdekking, koolstofnanobuisjes (CNT's) worden beschouwd als het ultieme additief om de mechanische eigenschappen van structurele keramiek te verbeteren, zoals aluminiumoxide, siliciumnitride en zirkoniumdioxide. Maar ondanks de opmerkelijke sterkte en stijfheid van CNT's, veel studies hebben slechts marginale verbeteringen of zelfs degradatie van mechanische eigenschappen gerapporteerd nadat deze supermaterialen waren toegevoegd. Inderdaad, het vermogen van CNT's om een ​​keramisch materiaal direct te versterken is de afgelopen tien jaar sterk in twijfel getrokken en gedebatteerd.

Dus wat is er aan de hand? In een review paper gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen , onderzoekers van het National Institute for Materials Science in Japan onderzoeken wat verhindert dat het versterkende vermogen van CNT's wordt uitgebuit in een keramische matrix.

De onderzoekers noemen drie fundamentele vragen, die moeten worden aangepakt om het directe versterkende vermogen en het mechanisme van CNT's in een keramische matrix te onderzoeken en te begrijpen:

1. Verandert het intrinsieke draagvermogen van CNT's wanneer ze worden ingebed in een keramische hostmatrix?
2. Als er een intiem raakvlak op atomair niveau is zonder enige chemische reactie met de matrix, kan men enige belastingoverdracht naar de CNT's verwachten?
3. Kunnen CNT's - die op nanoschaal en flexibel zijn - de mechanische eigenschappen van de matrix op macroschaal verbeteren wanneer ze afzonderlijk, innig en uniform verspreid? Als, hoe?

De auteurs geven een kort overzicht van recente onderzoeken waarin bovenstaande vragen zijn beantwoord. Vooral, ze bespreken een recent ontdekt versterkend mechanisme op nanoschaal, die verantwoordelijk is voor ongekende, gelijktijdige mechanische verbeteringen, waaronder versterking, verharding en verzachting van de keramische gastheermatrix. Ze benadrukken ook een nieuwe verwerkingsmethode die de fabricage mogelijk maakt van defectvrij CNT-geconcentreerd keramiek en CNT-gegradeerde composieten met ongekende eigenschappen, voor toepassingen variërend van biomedische implantaten en tissue engineering tot thermo-elektrische energieopwekking.