Forståelse af kulstofnanorørs forstærkende evne

Et papir i journalen Videnskab og teknologi af avancerede materialer undersøger, hvad der forhindrer kulstofnanorørs forstærkende evne i at blive brugt i en keramisk matrix.

Lige siden deres opdagelse, kulstof nanorør (CNT'er) er blevet betragtet som det ultimative additiv til at forbedre de mekaniske egenskaber af strukturel keramik, såsom aluminiumoxid, siliciumnitrid og zirconiumdioxid. Men på trods af den bemærkelsesværdige styrke og stivhed af CNT'er, mange undersøgelser har kun rapporteret marginale forbedringer eller endda nedbrydning af mekaniske egenskaber, efter at disse supermaterialer blev tilføjet. Ja, CNT'ers evne til direkte at forstærke et keramisk materiale er blevet stærkt sat spørgsmålstegn ved og diskuteret i de sidste ti år.

Så hvad sker der? I et reviewpapir offentliggjort i tidsskriftet Videnskab og teknologi af avancerede materialer , forskere ved National Institute for Materials Science i Japan undersøger, hvad der forhindrer CNT'ers forstærkende evne i at blive udnyttet i en keramisk matrix.

Forskerne opstiller tre grundlæggende spørgsmål, som skal behandles for at undersøge og forstå den direkte forstærkende evne og mekanisme af CNT'er i en keramisk matrix:

1. Ændres den iboende belastningsbærende evne af CNT'er, når de er indlejret i en keramisk værtsmatrix?
2. Når der er en intim grænseflade på atomniveau uden nogen kemisk reaktion med matrixen, kunne man forvente nogen belastningsoverførsel til CNT'erne?
3. Kan CNT'er - som er nanoskala og fleksible - forbedre de mekaniske egenskaber af matrixen på makroskalaen, når de er individuelt, intimt og ensartet spredt? Hvis så, hvordan?

Forfatterne gennemgår kort de seneste undersøgelser, der behandler ovenstående spørgsmål. I særdeleshed, de diskuterer en nyligt opdaget forstærkningsmekanisme på nanoskala, som er ansvarlig for hidtil uset, samtidige mekaniske forbedringer, herunder styrkelse, hærdning og blødgøring af den keramiske værtsmatrix. De fremhæver også en ny forarbejdningsmetode, der muliggør fremstilling af fejlfri CNT-koncentreret keramik og CNT-graderet kompositter med hidtil usete egenskaber, til anvendelser lige fra biomedicinske implantater og vævsteknologi til termoelektrisk energiproduktion.