Создание керамики, которая обладала бы высокой прочностью, прекрасной стабильностью при высоких температурах и относительно малой плотностью, – огромная научная и технологическая задача, решение которой открывает новые горизонты применения керамики в качестве конструкционного материала. Углеродные нанотрубки обладают поистине уникальными механическими и электрическими свойствами, что делает возможным улучшение свойств керамики за счёт создания нанокомпозитов УНТ/керамика. Однако существует целый ряд проблем: сложность растворения УНТ в различных полярных растворителях, что приводит к слипанию и неоднородности распределения нанотрубок в объёме образца; плохое сцепление между частицами керамической фазы и нанотрубками, что, в свою очередь, не улучшает механические свойства, а, наоборот, ухудшает их, и т.д. Преодоление подобного рода проблем откроет новые горизонты для применения композитов УНТ - керамика в качестве конструкционных материалов.
Авторы работы, опубликованной недавно в журнале Nanotechnology, разработали новый метод синтеза нанокомпозита УНТ/керамика. Они использовали в качестве прекурсора многостенные углеродные нанотрубки, предварительно обработанные в смеси серной и азотной кислот. При этом несколько изменялась морфология самих углеродных нанотрубок (рис.1). Измерения дзета-потенциала (рис.2) свидетельствуют о том, что на поверхности обработанных МУНТ присутствуют отрицательно заряженные группы; следовательно, в полярном растворителе (например, в этаноле и воде) нанотрубки не должны образовывать агломератов и будут более равномерно распределяться в объёме конечного материала. К тому же, как показали дальнейшие исследования (рис.3), увеличивается и прочность сцепления между обработанными МУНТ и частицами керамики. На рисунках 4 и 5 представлено сравнение различных (прочностных и механических) характеристик для нанокомпозитов на основе УНТ/керамика с обработанными и не обработанными кислотой нанотрубками. Стоит отметить, что введение всего лишь 0,9 объёмных процента углеродных нанотрубок улучшает механические свойства композита в среднем на 25% (прочность на изгиб - до 689 МПа, предел текучести - до 5,9 МПа*м1/2), а электрические свойства - на несколько порядков. На рисунке 5 представлены микрофотографии поверхности разлома нанокомпозита.
Купить плитку для ванных комнат из современных керамических материалов с добавками нанокомпозитов можно на сайте keramogranit.ru.
Учёные надеются, что данная технология позволит улучшать свойства различного рода нанокомпозитов на основе УНТ/керамика для применения этих материалов, например, в таких трибомеханических системах, как суставные протезы и МЭМС.
