Une équipe de chercheurs de l'Université de l'Arizona et du Rensselaer Polytechnic Institute a augmenté la ténacité des composites céramiques en utilisant des renforts en graphène qui permettent de nouveaux mécanismes de résistance à la rupture dans la céramique.

La recherche, dirigé par la professeure adjointe Erica L. Corral du département de science et génie des matériaux de l'Université d'Arizona à Tucson, et le professeur Nikhil Koratkar du Département de mécanique, Ingénierie aérospatiale et nucléaire à l'Institut polytechnique Rensselaer de Troie, New York, a été récemment publié dans ACS Nano , le journal mensuel de l'American Chemical Society.

"Nos travaux sur les composites céramiques de graphène sont les premiers du genre dans la littérature ouverte et montrent des mécanismes de durcissement à l'aide de feuilles de graphène bidimensionnelles qui n'ont pas encore été vus dans les composites céramiques, " a déclaré Corral. " Nous avons considérablement augmenté la ténacité d'une céramique et fait les premières observations de graphène qui arrêtent la propagation des fissures et forcent la fissure à changer de direction non seulement dans deux mais aussi dans trois dimensions. "

Ces observations conduiront à une nouvelle approche pour la conception de composites utilisant du graphène dans les céramiques qui n'a pas été possible avec des renforts fibreux conventionnels, dit Corral. « La grande surface spécifique et la géométrie de feuille bidimensionnelle unique semblent être plus efficaces pour arrêter la croissance des fissures dans les céramiques par rapport aux fibres conventionnelles qui sont des renforts unidimensionnels, " elle a dit.

"Il s'agit d'un exemple classique de recherche interdisciplinaire hautement réussie dans les universités qui était inconnue il y a 15 ou 20 ans, mais devient maintenant d'une importance cruciale si nous voulons continuer à faire des découvertes révolutionnaires et maintenir la compétitivité des États-Unis au 21e siècle, ", a déclaré le professeur Koratkar du Rensselaer Polytechnic Institute. Koratkar a rencontré le Dr Corral lors d'une conférence sur les nanosciences parrainée par la National Science Foundation, où elle a prononcé un discours sur son travail dans les composites céramiques de nanotubes de carbone.

Koratkar a été impressionné par la présentation de Corral, et l'a approchée concernant la possibilité d'explorer l'utilisation du graphène pour augmenter le durcissement des céramiques fragiles. « Au cours de l'année suivante, nous avons tiré parti de l'expertise de mon laboratoire dans la synthèse de grandes quantités de plaquettes de graphène et de l'expertise du groupe de Corral dans la fabrication et les tests de composites céramiques, " a déclaré Koratkar. "Nos résultats publiés dans ACS Nano montrent l'énorme promesse que le graphène montre dans le durcissement des céramiques qui sont notoirement fragiles et sujettes à l'échec. Ce travail pourrait ouvrir un tout nouveau domaine d'étude des nanocomposites céramiques de graphène, " il dit.

Il s'agit du premier travail publié décrivant l'utilisation de nanocharge de graphène pour renforcer les céramiques et paraîtra dans la revue ACS Nano . Cette découverte - mesurée pour augmenter la résistance à la rupture du nanocomposite céramique résultant de plus de 200 % - pourrait potentiellement être utilisée pour améliorer la ténacité d'une gamme de matériaux céramiques, permettant leur généralisation en haute performance, applications structurelles qui nécessitent des températures de fonctionnement supérieures à 1, 000 degrés Celsius tout en maintenant l'intégrité structurelle.