Cerámica nanofásica
Las cerámicas de nanofase son cerámicas que son materiales de nanofase (es decir, materiales que tienen tamaños de grano inferiores a 100 nanómetros). [1] [2] Tienen el potencial de deformación superplástica . [1] Debido al tamaño de grano pequeño y las propiedades de los límites de grano agregados, como la ductilidad, la dureza y la reactividad, se observan cambios drásticos con respecto a las cerámicas con granos más grandes.
La estructura de la cerámica nanofásica no es muy diferente a la de la cerámica . La principal diferencia es la cantidad de área superficial por masa. Las partículas de cerámica tienen áreas de superficie pequeñas, pero cuando esas partículas se reducen a unos pocos nanómetros, el área de superficie de la misma cantidad de una masa de cerámica aumenta considerablemente. [3] Por lo tanto, en general, los materiales de nanofase tienen áreas de superficie mayores que las de un material de masa similar a mayor escala. [3] Esto es importante porque si el área superficial es muy grande, las partículas pueden estar en contacto con más de su entorno, lo que a su vez aumenta la reactividad del material. [3] La reactividad de un material cambia las propiedades mecánicas y químicas del material , entre muchas otras cosas. [3] Esto es especialmente cierto en las cerámicas nanofásicas.
Las cerámicas de nanofase tienen propiedades únicas que las cerámicas regulares debido a su reactividad mejorada. [3] Las cerámicas de nanofase exhiben diferentes propiedades mecánicas que sus contrapartes, como mayor dureza , mayor tenacidad a la fractura y alta ductilidad . [4] Estas propiedades están lejos de las cerámicas que se comportan como materiales frágiles y de baja ductilidad.
Dióxido de titanio ( TiO
2), se ha demostrado que tiene una mayor dureza y ductilidad a nanoescala. En un experimento, granos de dióxido de titanio que tenían un tamaño promedio de 12 nanómetros se comprimieron a 1,4 GPa y se sinterizaron a 200 °C. [5] El resultado fue una dureza de grano de unas 2,2 veces mayor que la de los granos de dióxido de titanio con un tamaño medio de 1,3 micrómetros a la misma temperatura y presión. [5] En el mismo experimento, se midió la ductilidad del dióxido de titanio . La sensibilidad a la velocidad de deformación de un grano de dióxido de titanio de 250 nanómetrosera de aproximadamente 0,0175, mientras que un grano con un tamaño de aproximadamente 20 nanómetros tenía una sensibilidad a la velocidad de deformación de aproximadamente 0,037; un aumento significativo. [5]
Las cerámicas de nanofase se pueden procesar a partir de precursores atómicos, moleculares o a granel. [6] La condensación de gas, la precipitación química , las reacciones de aerosol, las plantillas biológicas, la deposición química de vapor y la deposición física de vapor son técnicas utilizadas para sintetizar cerámicas en nanofase a partir de precursores moleculares o atómicos. [6] Para procesar cerámicas en nanofase a partir de precursores a granel, se utilizan el desgaste mecánico, la cristalización desde el estado amorfo y la separación de fases para crear cerámicas en nanofase. [6] Se desea más sintetizar cerámicas de nanofase a partir de precursores atómicos o moleculares porque puede ocurrir un mayor control sobre los aspectos microscópicos de la cerámica de nanofase. [6]
La condensación de gas es una de las formas en que se producen las cerámicas de nanofase. Primero, las cerámicas precursoras se evaporan de fuentes dentro de una cámara de condensación de gas. [5] Luego, la cerámica se condensa en un gas (según el material que se sintetice) y se transporta por convección a un dedo frío lleno de nitrógeno líquido. [5] A continuación, los polvos cerámicos se raspan del dedo frío y se recogen en un embudo debajo del dedo frío. [5] Los polvos cerámicos luego se consolidan en un dispositivo de compactación de baja presión y luego en un dispositivo de compactación de alta presión. [5] Todo esto ocurre en el vacío, por lo que no pueden entrar impurezas en la cámara y afectar los resultados de la cerámica de nanofase. [5]
