Esta es una imagen SEM de baja resolución después del procesamiento coloidal que indica GPL parcialmente exfoliada mezclada con partículas de Si3N4 bien dispersas. Las imágenes indican claramente GPL decorado con partículas de Si3N4; las partículas de Si3Nk4 están bien dispersas por toda la superficie de las láminas. Crédito:Publicaciones ACS / Ingeniería UA
Un equipo de investigadores de la Universidad de Arizona y el Instituto Politécnico Rensselaer ha aumentado la tenacidad de los compuestos cerámicos mediante el uso de refuerzos de grafeno que permiten nuevos mecanismos de resistencia a la fractura en la cerámica.
La investigación, dirigido por la profesora asistente Erica L.Corral del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Arizona en Tucson, y el profesor Nikhil Koratkar del Departamento de Mecánica, Ingeniería aeroespacial y nuclear en el Instituto Politécnico Rensselaer en Troy, Nueva York, fue publicado recientemente en ACS Nano , la revista mensual de la American Chemical Society.
"Nuestro trabajo sobre compuestos cerámicos de grafeno es el primero de su tipo en la literatura abierta y muestra mecanismos para el endurecimiento utilizando láminas de grafeno bidimensionales que aún no se han visto en los compuestos cerámicos". ", dijo Corral." Hemos aumentado significativamente la tenacidad de una cerámica y hemos realizado las primeras observaciones de grafeno que detienen la propagación de grietas y obligan a la grieta a cambiar de dirección no solo en dos sino también en tres dimensiones ".
Estas observaciones conducirán a un nuevo enfoque para el diseño de compuestos utilizando grafeno en cerámica que no ha sido posible con refuerzos de fibra convencionales. dice Corral. "El área de superficie alta y la geometría de la hoja bidimensional única parecen ser mejores para detener el crecimiento de grietas en la cerámica que las fibras convencionales que son refuerzos unidimensionales, " ella dijo.
"Este es un ejemplo clásico de investigación interdisciplinaria de gran éxito en universidades que no se conocía hace 15 o 20 años, pero ahora se está volviendo de importancia crítica si queremos continuar haciendo descubrimientos importantes y mantener la competitividad de los Estados Unidos en el siglo XXI, ", dijo la profesora Koratkar del Instituto Politécnico Rensselaer. Koratkar conoció a la Dra. Corral en una conferencia de nanociencia patrocinada por la National Science Foundation, donde pronunció una charla sobre su trabajo en compuestos cerámicos de nanotubos de carbono.
Imagen SEM de alta resolución después del procesamiento coloidal que indica GPL parcialmente exfoliada mezclada con partículas de Si3N4 bien dispersas. Las imágenes indican claramente GPL decorado con partículas de Si3N4; las partículas de Si3Nk4 están bien dispersas por toda la superficie de las láminas. Crédito:Publicaciones ACS / Ingeniería UA
Koratkar quedó impresionado con la presentación de Corral, y se acercó a ella con respecto a la posibilidad de explorar el uso del grafeno para aumentar el endurecimiento en cerámicas quebradizas. "Durante el próximo año aprovechamos la experiencia de mi laboratorio en la síntesis de grandes cantidades de plaquetas de grafeno y la experiencia del grupo de Corral en la fabricación y prueba de compuestos cerámicos, "Dijo Koratkar." Nuestros resultados publicados en ACS Nano muestran la tremenda promesa que muestra el grafeno en el endurecimiento de las cerámicas que son notoriamente frágiles y propensas a fallar. Este trabajo podría abrir un campo de estudio de nanocompuestos cerámicos de grafeno completamente nuevo, " él dice.
Este es el primer trabajo publicado que describe el uso de nanorrelleno de grafeno para reforzar la cerámica y aparecerá en la revista. ACS Nano . Este descubrimiento, medido para aumentar la resistencia a la fractura del nanocompuesto cerámico resultante en más del 200 por ciento, podría potencialmente usarse para mejorar la tenacidad de una variedad de materiales cerámicos. permitiendo su uso generalizado en alto rendimiento, aplicaciones estructurales que requieren temperaturas de funcionamiento superiores a 1, 000 grados Celsius manteniendo la integridad estructural.
