Ett team av forskare från University of Arizona och Rensselaer Polytechnic Institute har ökat segheten i keramiska kompositer genom att använda grafenförstärkningar som möjliggör nya mekanismer för sprickresistens i keramiken.

Forskningen, ledd av biträdande professor Erica L. Corral från institutionen för materialvetenskap och teknik vid University of Arizona i Tucson, och professor Nikhil Koratkar från mekaniska institutionen, Aerospace and Nuclear Engineering vid Rensselaer Polytechnic Institute i Troy, New York, publicerades nyligen i ACS Nano , månadsskriften för American Chemical Society.

"Vårt arbete med grafenkeramiska kompositer är det första i sitt slag i den öppna litteraturen och visar mekanismer för härdning med hjälp av tvådimensionella grafenark som ännu inte har setts i keramiska kompositer, "sa Corral." Vi har avsevärt ökat segheten hos en keramik och gjort de första observationerna av grafen som stoppar sprickutbredning och tvingar sprickan att ändra riktning i inte bara två utan också tre dimensioner. "

Dessa observationer kommer att leda till en ny metod för kompositdesign med grafen i keramik som inte har varit möjligt med konventionella fiberförstärkningar, säger Corral. "Den höga ytan och den unika tvådimensionella plåtgeometrin verkar vara bättre på att stoppa spricktillväxt i keramik över konventionella fibrer som är endimensionella förstärkningar, " Hon sa.

"Detta är ett klassiskt exempel på mycket framgångsrik tvärvetenskaplig forskning på universitet som var ovanlig för 15 eller 20 år sedan, men nu blir det kritiskt viktigt om vi ska fortsätta att göra genombrottsfynd och behålla USA:s konkurrenskraft under 2000 -talet, "sade prof. Koratkar från Rensselaer Polytechnic Institute. Koratkar träffade Dr. Corral på en nanovetenskapskonferens som sponsrades av National Science Foundation där hon höll ett föredrag om sitt arbete med keramiska nanorörkeramiska kompositer.

Koratkar var imponerad av Corrals presentation, och närmade sig henne om möjligheten att utforska användningen av grafen för att öka härdningen i spröd keramik. "Under nästa år utnyttjade vi mitt labbs expertis i syntesen av bulkmängder grafenplättar och expertisen hos Corrals grupp inom tillverkning och testning av keramisk komposit, "Sade Koratkar." Våra resultat publicerades i ACS Nano visa det enorma löfte som grafen visar i hårdnande keramik som är notoriskt spröda och benägna att misslyckas. Detta arbete kan öppna upp ett helt nytt grafenkeramik -nanokompositområde. " han säger.

Detta är det första publicerade arbetet som beskriver användningen av grafen -nanofiller för att förstärka keramik och kommer att visas i tidskriften ACS Nano . Denna upptäckt - mätt för att öka sprickresistensen hos den resulterande keramiska nanokompositen med över 200 procent - kan eventuellt användas för att öka segheten för en rad keramiska material, möjliggör deras utbredda användning av högpresterande, strukturella tillämpningar som kräver driftstemperaturer över 1, 000 grader Celsius samtidigt som strukturell integritet bibehålls.