I ricercatori hanno fatto un passo avanti nello sviluppo dinanotubi di carbonio (CNT)compositi di alluminio rinforzati utilizzando CNT ultracorti con disperdibilità intracristallina unica. I nanotubi di carbonio su scala nanometrica sono distribuiti uniformemente all'interno dei grani di alluminio ultrafini. Se confrontato con i tipici compositi CNT/Al con dispersione intergranulare di CNT, questo composito intracristallino di nanotubi di carbonio/alluminio ha una maggiore capacità di ancorare e mantenere le dislocazioni, con conseguente maggiore resistenza e duttilità. Questa innovativa strategia di dispersione intracristallina fornisce una nuova strada per lo sviluppo di materiali compositi a base metallica rinforzati con nanocarbonio forti e resistenti. La ricerca è stata pubblicata recentemente su una prestigiosa rivista accademica.
Secondo i ricercatori, l'utilizzo di CNT ultracorti offre numerosi vantaggi rispetto ai CNT tradizionali, tra cui una migliore disperdibilità e costi di lavorazione inferiori. La distribuzione dei CNT all'interno dei grani di alluminio elimina il rischio di agglomerazione dei CNT e la formazione di vuoti interfacciali. Questa dispersione intracristallina migliora significativamente le prestazioni meccaniche complessive del materiale composito.
Lo studio fornisce informazioni sulle proprietà meccaniche dei compositi intracristallini di nanotubi di carbonio/alluminio e apre nuove possibilità per la progettazione di materiali compositi nanostrutturati a base metallica con resistenza e duttilità superiori. Tali materiali hanno potenziali applicazioni nel settore aerospaziale, automobilistico e in altri campi dell'ingegneria ad alte prestazioni.
Figura 1. Diagramma schematico della preparazione di materiali compositi CNT/Al lunghi e corti attraverso processi di fresatura a sfere a velocità variabile, sinterizzazione ed estrusione a caldo
Figura 2. Immagini TEM di materiali compositi CNT/Al lunghi (a) e corti (b). La percentuale e la distribuzione della lunghezza dei nanotubi di carbonio intergranulari e intragranulari nei materiali compositi estrusi: (a) materiali compositi CNT/Al lunghi, (b) materiali compositi CNT/Al corti.
Figura 3. (a) Immagine STEM di materiale composito lungo di nanotubi di carbonio/alluminio, con frecce bianche che mostrano nanotubi di carbonio e (b-d) HRTM che mostra la struttura di nanotubi di carbonio, con γ - Al2O3 e Al4C3; (e) Materiale composito CNT/Al corto, la freccia bianca rappresenta i CNT, (f-h) HRTEM rappresenta la struttura dei CNT e γ - Al2O3.
Figura 4. (a) Curva di sforzo-deformazione di trazione ingegneristica, (b) Curva di sforzo-deformazione reale, (c) Curva di velocità di incrudimento di Al e materiali compositi CNT/Al lunghi e corti. (d) Tasso di allungamento ed efficienza di rafforzamento.
Figura 5. Immagini STEM e densità di dislocazione dei materiali compositi dopo una deformazione a trazione del 4%: (a), (c) materiali compositi CNT/Al lunghi e (b), (d) materiali compositi CNT/Al corti.
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