Nye brudmodstandsmekanismer leveret af grafen

Et team af forskere fra University of Arizona og Rensselaer Polytechnic Institute har øget sejheden af ​​keramiske kompositter ved at bruge grafenforstærkninger, der muliggør nye brudmodstandsmekanismer i keramikken.

Forskningen, ledet af adjunkt Erica L. Corral fra Materials Science and Engineering Department ved University of Arizona i Tucson, og professor Nikhil Koratkar fra Institut for Mekanik, Aerospace and Nuclear Engineering ved Rensselaer Polytechnic Institute i Troy, New York, blev for nylig udgivet i ACS Nano , det månedlige tidsskrift for American Chemical Society.

"Vores arbejde med grafenkeramiske kompositter er det første af sin slags i den åbne litteratur og viser mekanismer til hærdning ved hjælp af todimensionelle grafenplader, som endnu ikke er set i keramiske kompositter, "sagde Corral." Vi har betydeligt øget sejheden af ​​en keramik og foretaget de første observationer af grafen, der standser revnedannelse og tvinger revnen til at ændre retning i ikke bare to, men også tre dimensioner. "

Disse observationer vil føre til en ny tilgang til kompositdesign ved hjælp af grafen i keramik, som ikke har været muligt ved brug af konventionelle fiberforstærkninger, siger Corral. "Det høje overfladeareal og den unikke todimensionelle pladegeometri ser ud til at være bedre til at standse revnevækst i keramik i forhold til konventionelle fibre, der er endimensionelle forstærkninger, " hun sagde.

"Dette er et klassisk eksempel på meget succesfuld tværfaglig forskning på tværs af universiteter, som var uhørt for 15 eller 20 år siden, men bliver nu kritisk vigtig, hvis vi skal fortsætte med at gøre banebrydende opdagelser og fastholde USA's konkurrenceevne i det 21. århundrede, " sagde Prof. Koratkar fra Rensselaer Polytechnic Institute. Koratkar mødte Dr. Corral på en National Science Foundation-sponsoreret nanovidenskabskonference, hvor hun holdt et foredrag om sit arbejde i keramiske kompositter med kulstofnanorør.

Koratkar var imponeret over Corrals præsentation, og henvendte sig til hende vedrørende muligheden for at udforske brugen af ​​grafen til at øge hærdningen i skør keramik. "I løbet af det næste år udnyttede vi mit laboratoriums ekspertise i syntese af bulkmængder af grafen-blodplader og ekspertisen fra Corrals gruppe inden for keramisk kompositfremstilling og -testning, "Sagde Koratkar." Vores resultater blev offentliggjort i ACS Nano vis det enorme løfte, som grafen viser i hærdende keramik, der er notorisk skørt og tilbøjelig til at fejle. Dette arbejde kunne åbne op for et helt nyt grafenkeramisk nanokomposit-studiefelt, " han siger.

Dette er det første publicerede arbejde, der beskriver brugen af ​​grafen nanofiller til at forstærke keramik og vil blive vist i tidsskriftet ACS Nano . Denne opdagelse - målt til at øge brudmodstanden for den resulterende keramiske nanokomposit med over 200 procent - kunne potentielt bruges til at forbedre sejheden for en række keramiske materialer, muliggøre deres udbredte anvendelse i højtydende, strukturelle applikationer, der kræver driftstemperaturer over 1, 000 grader Celsius samtidig med at den strukturelle integritet bevares.