Nowe materiały ceramiczne
Uczestnicy projektu BISM (Bio-inspired structural materials) zamrozili zawiesiny ceramiczne przy pomocy techniki nazywanej odlewaniem z mrożeniem, aby stworzyć wytrzymałe materiały ceramiczno-polimerowe o niezwykłej wiązkości. Te porowate rusztowania wypełniono następnie metalem lub polimerem w celu uzyskania kompozytów podobnych do masy perłowej. Masa perłowa to naturalny kompozyt charakteryzujący się odpornością na kruche spękanie kilkukrotnie większą niż jego poszczególne składniki. Uczeni użyli także procesu odlewania z mrożeniem do wytworzenia wysoce porowatych grafenowych sieci komórkowych. Proces umożliwił naukowcom manipulowanie gęstością, wielkością komórek i kształtem struktury, a tym samym wpływanie na powierzchnię, sprężystość, wytrzymałość, współczynnik strat energii oraz przewodność. Badano nowe zastosowania procesu, takie jak tłumienie energii, odporne na ściskanie superkondensatory lub katalizatory lub też dowolne inne rozwiązania wymagają separacji, absorpcji lub filtracji. Podejście to rozszerzono na "miękkie szablony", w szczególności emulsje, w celu uzyskania złożonych struktur. Efektem są cząstki ceramiczne potrafiące organizować się i dezorganizować w emulsji w reakcji na bodziec zewnętrzny. Technikę tę można wykorzystać do budowy rusztowań ceramicznych, które będą bardzo wytrzymałe i sztywne, a jednocześnie wysoce porowate, przy czym możliwe będzie manipulowanie wielkością porów. Omawiany projekt toruje drogę do masowego wytwarzania złożonych i lekkich struktur i kompozytów porowatych. Połączenie doboru materiałów i możliwości kontrolowania struktury pozwoliło na uzyskanie wyjątkowych właściwości oraz dało możliwość tworzenia szeregu nowych zastosowań. Należą do nich filtry, rusztowania lub powłoki ceramiczne do inżynierii tkankowej oraz ceramiczne termiczne powłoki barierowe lub membrany do kontroli temperatury. Projekt BISM dostarczył nowych danych na temat zachowania się zawiesin koloidalnych i emulsji, wzrostu włókien węglowych oraz parametrów kontrolujących reakcje mechaniczne złożonych struktur. Wyniki omawianych badań powinny zatem zainteresować naukowców zajmujących się badaniami materiałowymi, chemią i biologią. Szczególnie ważne będą przypominające kości materiały ceramiczne opracowane pod kątem implantów ortopedycznych. Ceramiczno-metalowe materiały hybrydowe przygotowano z myślą o pracy w bardzo wysokich temperaturach i w ekstremalnych warunkach.
Słowa kluczowe
Materiały ceramiczne, materiały strukturalne, odlewanie z mrożenie, porowate rusztowania, zawiesiny koloidalne, emulsje
