В MIT получена гибкая керамика

Керамические материалы до сих пор не ассоциировалась с гибкостью — общепринято считать, что они жесткие и под давлением или при ударе растрескиваются. Но исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и Сингапура нашли путь, как сделать керамику гибкой, по крайней мере, для объектов очень малых размеров.

Полученные ими мельчайшие керамические объекты оказались не только гибкими, они также обладают «памятью формы»: деформированные, а затем нагретые, они снова принимают первоначальную форму. Явление памяти формы известно с 1950-х годов, оно наблюдалось в металлах, полимерах, но никогда еще в керамике.

Информация об этом интересном открытии появилась в свежем выпуске журнала Science на этой неделе.

В принципе, молекулярная структура керамики допускает память формы, но проявлению ее до сих пор мешала хрупкость материала и склонность к образованию трещин. Ученые преодолели это препятствие в два подхода. Сначала они научились создавать миниатюрные керамические объекты — при уменьшении размеров сопротивляемость к образованию трещин возрастает. Затем, сконцентрировались на выращивании кристаллических зерен, целиком заполняющих такие микрообъекты. Благодаря этому устранялись границы раздела между зернами — наиболее вероятное место возникновения трещин.

Эта тактика принесла плоды: полученные образцы — тонкие нити диаметром 1 мкм — выдерживали деформацию, эквивалентную 7% их размера. Большинство материалов можно деформировать примерно на 1%, а обычных керамика не позволяет и этого. Экспериментальные волокна во время испытаний успешно выдерживали многократный изгиб на 7-8% без признаков развития трещин.

Такие гибкие керамические объекты с памятью формы могут найти применение в качестве движущихся исполнительных механизмов (актуаторов) для микро- и наноустройств. Гибкая керамика демонстрирует способность перемещать мельчайшие предметы с рекордной силой, по сравнению с другими технологиями микроактуаторов.

Эксперимент проводился с наиболее хорошо изученной керамикой на основе циркония, но те же методы могут быть применимы и к другим керамическим материалам. В настоящее время керамика широко используется в топливных элементах для машин, домов и энергосистем. Хотя гибкость материала и не является критическим требованиям в этих приложениях, она сделает конструкцию топливных элементов более прочной и надежной.