Nano-infundirana keramika mogla bi izviještavati o svojim svojstvima

Keramika s umreženim nanopločama od grafena i bijelog grafena imat će jedinstvenu sposobnost mijenjanja njihovih električnih svojstava prilikom zatezanja. Iznenađujuća sposobnost mogla bi dovesti do novih tipova konstruktivnih senzora.

Keramika koja postaje električki vodljivija pri elastičnoj deformaciji i manje provodljiva pod plastičnom deformacijom mogla bi dovesti do nove generacije senzora ugrađenih u građevine kao što su zgrade, mostovi i avioni sposobni pratiti vlastito održavanje.

Električna nejednakost koju su poticale dvije vrste naprezanja nije bila očigledna sve dok jedan profesor građevinskog i ekološkog inženjerstva nauke o materijalima i nanoinženjeringu i njegove kolege, nisu modelirali novi dvodimenzionalni spoj, grafen-bor-nitrid (GBN).

Unutar elastične deformacije, unutarnja struktura materijala rastegnuta kao gumena vrpca ne mijenja se. Ali isti materijal pod plastičnom deformacijom – uzrokovan u ovom slučaju rastezanjem dovoljno daleko od elastičnosti – deformira – iskrivljuje svoju kristalnu rešetku. Ispada da GBN pokazuje različita električna svojstva u svakom slučaju, što ga čini vrijednim kandidatom da bude strukturni senzor.

Shahsavari je već utvrdio da heksagonalno-borov nitrid – zvan bijeli grafen – može poboljšati svojstva keramike. On i njegove kolege sada su otkrili da  dodavanje grafena čini keramiku još čvršćom i svestranijom, zajedno sa iznenađujućim električnim svojstvima.

Čarolija leži u sposobnosti dvodimenzionalnog grafena na bazi ugljika i bijelog grafena, da se međusobno vežu na različite načine, ovisno o njihovim relativnim koncentracijama. Dobivena keramika, prema teoretskim modelima autora, postala bi podesivi poluvodič s povećanim elasticitetom, čvrstoćom i rastegljivosti.

Istraživanje su vodili Shahsavari i Asghar Habibnejad Korayem, asistent profesora konstruktivnog inženjerstva na Iranskom Univerzitetu nauke i tehnologije i istraživač na Univerzitetu Monash u Melbourneu – Australija.

Grafen je dobro proučen oblik ugljika poznat po nedostatku pojasnog raspona – području na koje elektron mora skočiti kako bi napravio provodljiv materijal. Bez pojasnog raspona, grafen je metalni vodič. Bijeli grafen, sa svojom širokom pukotinom, je izolator. Dakle, što je veći omjer grafena u 2D spoju, to će materijal biti više provodljiv.

Pomiješan sa keramikom u dovoljno visokoj koncentraciji, 2D spoj nazvan GBN bi formirao mrežu kao vodljivu kao što dopušta količina ugljika u matrici. To daje cjelokupnom kompozitu prilagodljiv zazor koji se može koristiti za razne električne primjene.

Fuzija 2D materijala kao što je grafen i borov nitrid u keramici i cementu omogućuje nove sastave i svojstva koja sama po sebi ne mogu postići ni s grafenom ni s bor nitridom. Tim je koristio kalkulacije teorije funkcionalnosti gustoće za modeliranje varijacija 2D spoja pomiješanog s tobermoritom, hidratnim materijalom kalcijevog silikata koji se obično koristi kao cement za beton. Utvrdili su da bi se veze kisika i bora koje nastaju u keramici pretvorile u poluvodič p-tipa.

Kada se napne u elastičnom režimu, propusnost keramike se smanji, što čini materijal provodljivijim, ali kad se rastegne izvan područja elastičnosti – to jest, u plastičnom režimu – postaje manje vodljiv. Taj prekidač, kažu istraživači, čini ga obećavajućim materijalom za primjene samospoznaje i konstrukcijskog praćenja upotrebljivosti.

Istraživači su predložili da drugi 2D listovi mogu pružiti slične mogućnosti od podesivih, višenamjenskih kompozita. Time bi se osigurala temeljna platforma za ojačanje cementa i betona u najmanjoj mogućoj dimenziji.

 

m-Kvadrat

print