Специалисты в области композитных материалов создали нанокомпозит на основе керамики и двумерного материала. Инновация шире открывает двери для создания новых конструкций нанокомпозитов для таких устройств как твердотельные батареи питания, термоэлектрические элементы, варисторы, катализаторы, химические датчики и многое другое.
Технология спекания для композитов
Технология спекания предполагает применение высокотемпературного воздействия на порошковые структуры, чтобы уплотнить и получить продукт твердой формы. Широко используемые в промышленности керамические порошки обычно уплотняются при температуре 1472 градусов по Фаренгейту или выше. Многие малоразмерные компоненты попросту испаряются при такой энергии тепла.
Между тем процесс спекания, разработанный группой исследователей штата Пенсильвания, называемый процессом холодного спекания (CSP), рассчитан спекать керамику при гораздо более низких температурах (менее 572 градусов по Фаренгейту).
Инновационная методика позволяет экономить энергию и вместе с тем создавать новую форму материала с высокими техническими характеристиками.
Идея создания керамической 2D-системы появилась сразу после семинара Национального научного фонда Америки, посвящённого вопросам будущего керамики. Среди участников присутствовали 50 видных ученых-керамиков из США.
На семинаре проходила презентация технологии холодного спекания, которую учёные взяли за основу для разработки керамического композита с использованием нового класса двумерных материалов под названием «MXene».
О существовании двумерного материала «MXene» впервые заявили специалисты Университета Дрекселя. Двумерная структура «MXene» представляет собой карбидные и нитридные тонкие листы из атомов, которые обладают крайне высокой прочностью и хорошей электрической проводимостью.
Специалистам известно: смешивание даже небольшого количества 2D-материалов подобных графену с керамикой, может резко изменить свойства конечного продукта, Ранее материал «MXene» никогда не использовался в керамических композитах.
Результаты экспериментов смешивания
В своём эксперименте учёные создавали смеси от 0,5 до 5,0% «MXene» с хорошо известной керамической системой — оксидом цинка. Материал «MXene» покрывал керамический порошок металлической плёнкой и образовывал непрерывные двумерные границы зерен.
При этом предотвращался рост зерна, увеличивалась проводимость на два порядка, превращая полупроводниковый оксид цинка в металлическую керамику с удвоенной твердостью продукта.
Добавлением «MXene» также отметилось улучшение способности оксида цинка преобразовывать тепло в электричество. Этим экспериментом учёные открыли совершенно иной мир ассоциации 2D-материалов с керамикой.
При помощи информации: Penn State
