Ett papper i journalen Vetenskap och teknik för avancerade material utforskar vad som hindrar kolnanorörens förstärkande förmåga att användas i en keramisk matris.

Ända sedan deras upptäckt, kolnanorör (CNT) har ansetts vara den ultimata tillsatsen för att förbättra de mekaniska egenskaperna hos strukturell keramik, såsom aluminiumoxid, kiselnitrid och zirkoniumdioxid. Men trots den anmärkningsvärda styrkan och styvheten hos CNT, många studier har rapporterat endast marginella förbättringar eller till och med försämring av mekaniska egenskaper efter att dessa supermaterial tillsattes. Verkligen, CNTs förmåga att direkt förstärka ett keramiskt material har starkt ifrågasatts och diskuterats under de senaste tio åren.

Så vad händer? I en recensionsartikel publicerad i tidskriften Vetenskap och teknik för avancerade material , forskare vid National Institute for Materials Science i Japan undersöker vad som hindrar den förstärkande förmågan hos CNT från att utnyttjas i en keramisk matris.

Forskarna listar tre grundläggande frågor, som måste åtgärdas för att undersöka och förstå den direkta förstärkningsförmågan och mekanismen hos CNT i en keramisk matris:

1. Förändras den inneboende lastbärande förmågan hos CNT när de är inbäddade i en keramisk värdmatris?
2. När det finns ett intimt gränssnitt på atomnivå utan någon kemisk reaktion med matrisen, kan man förvänta sig någon lastöverföring till CNT?
3. Kan CNTs – som är i nanoskala och flexibla – förbättra de mekaniska egenskaperna hos matrisen i makroskala när de är individuella, intimt och enhetligt spridd? Om så är fallet, hur?

Författarna granskar kortfattat de senaste studierna som behandlar ovanstående frågor. Särskilt, de diskuterar en nyligen upptäckt förstärkningsmekanism på nanoskala, som är ansvarig för aldrig tidigare skådad, samtidiga mekaniska förbättringar inklusive förstärkning, härdning och uppmjukning av den keramiska värdmatrisen. De lyfter också fram en ny bearbetningsmetod som möjliggör tillverkning av felfri CNT-koncentrerad keramik och CNT-klassade kompositer med oöverträffade egenskaper, för applikationer som sträcker sig från biomedicinska implantat och vävnadsteknik till termoelektrisk kraftgenerering.