p Um pouco de hBN em cerâmica pode dar-lhes propriedades excelentes, de acordo com um cientista da Rice University. p Rouzbeh Shahsavari, professor assistente de engenharia civil e ambiental, sugeriu que a incorporação de folhas ultrafinas de nitreto de boro hexagonal (hBN) entre camadas de silicatos de cálcio faria um cristal de bicamada interessante com propriedades multifuncionais. Estes podem ser adequados para construção e materiais refratários e aplicações na indústria nuclear, óleo e gás, aeroespacial e outras áreas que requerem compostos de alto desempenho.

p A combinação dos materiais tornaria uma cerâmica que não é apenas resistente e durável, mas também resistente ao calor e à radiação. Pelos cálculos de Shahsavari, Os silicatos de cálcio com camadas inseridas de hBN bidimensional podem ser endurecidos o suficiente para servir como blindagem em aplicações nucleares, como usinas de energia.

p A pesquisa aparece na revista American Chemical Society Materiais e interfaces aplicados ACS .

p O hBN bidimensional é apelidado de grafeno branco e se parece com o grafeno visto de cima, com hexágonos ligados formando um plano ultrafino. Mas o hBN difere do grafeno, pois consiste na alternância de boro e nitrogênio, ao invés de carbono, átomos.

p “Este trabalho mostra a possibilidade de reforço do material na menor dimensão possível, o plano basal da cerâmica, "Shahsavari disse." Isso resulta em um cristal de bicamada onde o hBN é uma parte integrante do sistema, em oposição aos enchimentos de reforço convencionais que estão fracamente conectados ao material hospedeiro.

p "Nosso estudo de alto nível mostra estabilidade energética e melhoria significativa das propriedades devido à ligação covalente, transferência de carga e mistura orbital entre hBN e silicatos de cálcio, " ele disse.

p A forma de cerâmica que o laboratório estudou, conhecido como tobermorite, tende a se automontar em camadas de cálcio e oxigênio mantidas juntas por cadeias de silicato à medida que seca em cimento endurecido. O estudo em escala molecular de Shahsavari mostrou que o hBN se mistura bem com a tobermorita, desliza para os espaços entre as camadas à medida que os átomos de boro e oxigênio se ligam e entortam as folhas planas de hBN.

p Esta flambagem semelhante a um acordeão se deve à afinidade química e à transferência de carga entre os átomos de boro e a tobermorita que estabiliza o compósito e lhe dá alta resistência e tenacidade, propriedades que geralmente são negociadas entre si em materiais de engenharia, Shahsavari disse. A explicação parece ser um mecanismo de duas fases que ocorre quando as camadas de hBN são submetidas a deformação ou estresse.

p Os modelos de Shahsavari de tobermorite e tobermorite-hBN empilhados horizontalmente mostraram que o composto era três vezes mais forte e cerca de 25 por cento mais rígido do que o material simples. A análise computacional mostrou o porquê:enquanto as cadeias de silicato em tobermorite falharam quando forçadas a girar ao longo de seus eixos, as folhas de hBN aliviaram o estresse, primeiro desafivelando e depois enrijecendo.

p Quando comprimido, tobermorite simples exibia uma baixa resistência ao escoamento (ou módulo de elasticidade) de cerca de 10 gigapascais (GPa) com uma tensão de escoamento (o ponto em que um material se deforma) de 7 por cento. O composto apresentou limite de escoamento de 25 GPa e deformação de até 20 por cento.

p "Uma grande desvantagem das cerâmicas é que elas são quebradiças e quebram sob alta tensão ou deformação, "Shahsavari disse." Nossa estratégia supera essa limitação, fornecendo ductilidade e tenacidade aprimoradas, melhorando as propriedades de resistência.

p "Como um bônus, a tolerância térmica e à radiação do sistema também aumenta, renderizando propriedades multifuncionais, "disse ele." Essas características são importantes para evitar a deterioração das cerâmicas e aumentar sua vida útil, economizando energia e custos de manutenção. "

p Quando o material foi testado em outros ângulos, diferenças entre o tobermorite puro e o composto foram menos pronunciadas, mas em média, O hBN melhorou significativamente as propriedades do material.

p "Comparado com cargas unidimensionais, como fibras convencionais ou nanotubos de carbono, Materiais 2-D como hBN têm dois lados, então eles têm o dobro da área de superfície por unidade de massa, "Shahsavari disse." Isto é perfeito para reforço e adesão à matriz circundante. "

p Ele disse que outros materiais 2-D, como dissulfeto de molibdênio, O disseleneto de nióbio e o hidróxido duplo em camadas também podem ser adequados para o projeto ascendente de cerâmicas de alto desempenho e outros materiais compostos multifuncionais.