Oparte na wiedzy projektowanie nanokompozytów pod kątem zwiększonej trwałości
Nanomateriały wykazują unikalne właściwości nieobecne w ich dużych odpowiednikach, głównie ze względu na bardzo duży stosunek powierzchni do objętości. Nanokompozyty składające się z co najmniej dwóch różnych materiałów pozwalają dodatkowo poprawić właściwości dzięki kombinacji cech indywidualnych i ich interakcji. Stały się one przedmiotem prac badawczo-rozwojowych jako elementy budulcowe nowych urządzeń praktycznie w każdej dziedzinie. Zwiększenie trwałości i wytrzymałości jest szczególnie ważne w przypadku materiałów używanych w warunkach ekstremalnych, pod dużymi naprężeniami lub powtarzającymi się cyklami obciążenia. Tworzeniu się i rozchodzeniu się spękań można zapobiec poprzez staranną kontrolę mikro- i nanostruktury. Wbudowanie materiału fazy twardej w miękką osnowę pozwala uzyskać zwiększoną ochronę, ale zachowanie się takiego materiału przy naprężeniu nie jest dobrze poznane. Naukowcy będący uczestnikami finansowanego ze środków UE projektu MAN posłużyli się prostym systemem nanokryształków węglika tytanu (TiC) wbudowanych w osnowę z węgla amorficznego, aby zbadać te zjawiska za pomocą kombinacji analiz doświadczalnych i teoretycznych. Symulacje dynamiki molekularnej odkształceń pozwoliły na poznanie zachowań związanych z powstawaniem i propagacją spękań w reakcji na naprężenia. Pod uwagę wzięto zależność kierunkową dotyczącą zarówno kierunku naprężenia, jak i orientacji spękania w odniesieniu do granic materiałów. Ogólnie rzecz biorąc, naukowcy wykazali, że propagacja spękań w fazie węgla amorficznego (większa kruchość niż w przypadku fazy TiC) jest hamowana przez obecność TiC. Dalsze prace powinny doprowadzić do określenia optymalnego współczynnika fazy i kształtu ziarna dla najwyższej odporności nanokompozytów na spękania. Wyniki projektu MAN mogą znaleźć zastosowanie w większości dziedzin, w którym szczególnie istotna jest trwałość materiału. Chodzi tu między innymi o materiały używane w ekstremalnych warunkach środowiskowych, poddawane dużym naprężeniom i powtarzającym się obciążeniom.
