Uma equipe de pesquisadores da Universidade do Arizona e do Rensselaer Polytechnic Institute aumentou a tenacidade dos compósitos cerâmicos usando reforços de grafeno que permitem novos mecanismos de resistência à fratura na cerâmica.

A pesquisa, liderado pela Professora Assistente Erica L. Corral do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Arizona em Tucson, e o professor Nikhil Koratkar do Departamento de Mecânica, Engenharia aeroespacial e nuclear no Rensselaer Polytechnic Institute em Troy, Nova york, foi publicado recentemente em ACS Nano , o jornal mensal da American Chemical Society.

"Nosso trabalho em compósitos de cerâmica de grafeno é o primeiro de seu tipo na literatura aberta e mostra mecanismos de endurecimento usando folhas de grafeno bidimensionais que ainda não foram vistas em compósitos de cerâmica, ", disse Corral." Aumentamos significativamente a tenacidade de uma cerâmica e fizemos as primeiras observações do grafeno que impedem a propagação da trinca e forçam a trinca a mudar de direção não apenas em duas, mas também em três dimensões. "

Essas observações levarão a uma nova abordagem para o projeto de compósitos usando grafeno em cerâmica que não foi possível usando reforços de fibra convencionais, diz Corral. "A alta área de superfície e a geometria bidimensional única da folha parecem ser melhores para conter o crescimento de rachaduras na cerâmica em relação às fibras convencionais que são reforços unidimensionais, " ela disse.

"Este é um exemplo clássico de pesquisa interdisciplinar de grande sucesso em universidades que era inédita 15 ou 20 anos atrás, mas agora está se tornando extremamente importante se quisermos continuar a fazer descobertas revolucionárias e manter a competitividade dos Estados Unidos no século 21, "disse o Prof. Koratkar do Rensselaer Polytechnic Institute. Koratkar conheceu a Dra. Corral em uma conferência de nanociência patrocinada pela National Science Foundation, onde ela fez uma palestra sobre seu trabalho em compósitos cerâmicos de nanotubos de carbono.

Koratkar ficou impressionado com a apresentação de Corral, e a abordou sobre a possibilidade de explorar o uso do grafeno para aumentar o endurecimento em cerâmicas quebradiças. "No ano seguinte, alavancamos a experiência do meu laboratório na síntese de grandes quantidades de plaquetas de grafeno e a experiência do grupo de Corral na fabricação e teste de compósitos de cerâmica, "Koratkar disse." Nossos resultados publicados em ACS Nano mostram a tremenda promessa que o grafeno mostra em cerâmicas de têmpera que são notoriamente quebradiças e sujeitas a falhas. Este trabalho pode abrir um campo de estudo inteiramente novo de nanocompósitos de cerâmica de grafeno, " ele diz.

Este é o primeiro trabalho publicado descrevendo o uso de nanofiller de grafeno para reforçar cerâmicas e aparecerá na revista. ACS Nano . Esta descoberta - medida para aumentar a resistência à fratura do nanocompósito de cerâmica resultante em mais de 200 por cento - poderia potencialmente ser usada para aumentar a tenacidade para uma gama de materiais cerâmicos, permitindo seu amplo uso em alto desempenho, aplicações estruturais que requerem temperaturas operacionais maiores que 1, 000 graus Celsius, mantendo a integridade estrutural.