Multifunktionelle drømkeramiske matrixkompositter fødes

Forskere ved Osaka University har produceret kompositter bestående af aluminiumoxid (AI ₂ O ₃ ) keramik og titanium (Ti), nemlig AI ₂ O ₃ /Ti -kompositter. De designede en perkolationsstruktur til dannelse af en kontinuerlig ledningsvej ved at dispergere fine Ti-partikler i en AI ₂ O ₃ matrix, optimering af partikelstørrelsen af ​​metallisk Ti -pulver og sintringsprocesser. De forbedrede brudstyrke og elektrisk ledningsevne af AI ₂ O ₃ /Ti -kompositter, samtidig med at de giver dem fotokatalytisk evne gennem kemisk og/eller termisk behandling. (Figur 1)

Forskellige typer af metalkeramiske kompositter er blevet undersøgt og udviklet, men deres kombination og fine strukturer var begrænsede. I særdeleshed, kombinationen af ​​keramik, såsom aluminiumoxid, der bruges som matricer og titanium, et biokompatibelt metal, har et problem ved, at strukturen af ​​kompositter ikke er ensartet på grund af titans høje reaktivitet (oxidation sker og kemiske forbindelser fremstilles) og den store partikelstørrelse af kommercielt tilgængeligt Ti-pulver (flere titalls mikrometer). Dermed, det var svært at fremstille kompositter, der har fordele ved både keramik og metal:det vil sige kompositter, hvor metallisk Ti -pulver er homogent dispergeret i matricen og har fremragende mekaniske egenskaber.

Gruppen fremstillede kuglemalet titaniumhydrid (TiH ₂ ) fint pulver blandet med aluminiumoxidpulver, producerer AI ₂ O ₃ /Ti -kompositter ved anvendelse af en metode baseret på in situ -nedbrydning af TiH ₂ til Ti og samtidig sintring med Al ₂ IO ₃ , hvilken proces hæmmede AI ₂ O ₃ opløsning i Ti ved diffusion gennem grænsefladereaktion mellem AI ₂ O ₃ og Ti under sintring. Som resultat, de minimerede reaktiviteten af ​​Ti og AI ₂ O ₃ at sprede betydeligt finere og mere homogen Ti (sammenlignet med dem, der produceres med konventionelle metoder) i AI ₂ O ₃ , realisering af kompositter med en perkolationsstruktur ved at kontrollere indholdet af tilføjet Ti.

På denne måde, gruppen forbedrede brudsejheden af ​​iboende sprød AI ₂ O ₃ gennem spredning af fine Ti -partikler i AI ₂ O ₃ og, på grund af perkolering af metalliske Ti -partikler, bidrager elektrisk ledningsevne til isolatorkeramik AI ₂ O ₃ . De demonstrerede også, at AI ₂ O ₃ keramik kunne bearbejdes ved elektrisk udladningsbearbejdning som metaller. (Som regel, keramik er ikke elektrisk ledende.) Desuden de dannede et nano-porøst- eller nanorod-struktureret titandioxidlag på overfladen af ​​kompositmaterialet ved selektivt at oxidere Ti via NaOH-behandling og/eller varmebehandling. Igennem dette, de demonstrerede, at den fotokatalytiske evne til at nedbryde organiske stoffer også samtidig kunne gives til AI ₂ O ₃ /Ti -kompositter.

Gruppeleder Tohru Sekino siger, "AI ₂ O ₃ /Ti -kompositter vil blive brugt som keramiske matrixkompositter, der har fremragende mekaniske egenskaber og kan bearbejdes ved elektrisk udladning. De vil også blive brugt til industriprodukter og biomaterialer som nye multifunktionelle kompositter, der har et aktivt overfladelag med antibakterielle egenskaber og en fotokatalytisk evne til at nedbryde forurenende stoffer. "