Матеріали для транспорту та сталого розвитку ФГМС Факультет наук і торгівлі Росії
Діяльність
Покращення експлуатаційних властивостей певних керамічних матеріалів - твердих або шарових - досягається шляхом інтегрованої оптимізації всього їх виробничого протоколу. Вивчаються різні техніки приготування керамічних порошків: шамотування, спільне осадження, золь-гель, гідротермальний синтез. Властивості, що підлягають поліпшенню, вимагають виробництва мікро- або нанометричних порошків та контролю їх розвитку під час спікання, щоб отримати твердий матеріал з контрольованою мікроструктурою. Зовсім недавно ми розширили техніку золь-гель на розробку функціональних керамічних шарів для механічного використання.
Різні шкали керамічного виробу спеціально оптимізовані:
в атомному масштабі: дослідження та оптимізація нових хімічних складів,
в нанометричному або мікронному масштабі: управління мікропористістю, мікроструктурна орієнтація,
з точки зору остаточної форми матеріалу (нові керамічні п'єзоелектричні датчики та пускачі, керамічні піни).
Теми досліджень
Розробка золь-гелевих шарів з нових прекерамічних попередників,
Розробка та характеристика шарів для механічного нанесення золь-гелевим шляхом,
Керамічні піни з контрольованою пористістю,
Керамічні покриття на текстильних волокнах,
П'єзоелектричні оксиди зі свинцем або без нього,
П'єзоелектричні керамічно-полімерні композити,
П'єзоелектричні волокна з металевою серцевиною,
П'єзоелектричні датчики та пускачі.
Навички
Золь-гель, твердий та гідротермальний шляхи - оксиди, неоксиди, гібриди
Для розробки твердих керамічних матеріалів у вигляді волокон або шарів для різного застосування (п'єзоелектричні, термомеханічні, антибактеріальні, модифікація змочуваності поверхні тощо) лабораторія має досвід у синтезі порошків і плівок.
Лабораторія розробляє порошки PZT та BNT-BT-BKT (Bi0,5Na0,5TiO3 - BaTiO3 - Bi0,5K0,5TiO3) звичайним твердим шляхом, а порошки BNT - гідротермальними та золь-гелевими шляхами.
Що стосується плівок, розроблених в лабораторії, то їх виготовляють із золь-гелю та композитного золь-гелю (з включенням порошку) для оксидів (Al2O3, ZnO тощо) та рідини для неоксидів з комерційних попередників (алкоголятів, полісилазани тощо) або попередники.
- Оптимізація мікроструктур методом допоміжного спікання
Варистори, п'єзоелектрик, прозора кераміка, щільні шари
Властивості цієї кераміки тісно пов’язані з її мікроструктурами. Використання нетрадиційних методів спікання дозволяє модулювати мікроструктури та/або досягти дуже високих швидкостей ущільнення. Проаналізовано можливі наслідки спікання під навантаженням або спікання за допомогою SPS (у співпраці з BCRC в Монсі (B)) або спікання за допомогою мікрохвильового нагрівання (у співпраці з CRISMAT в Кані) не тільки з точки зору мікроструктур, але також з точки зору отриманих кінцевих властивостей.
Досліджувані варістори засновані на оксиді цинку, а п’єзоелектрична кераміка - титанозірконату свинцю. Функціональні властивості цих матеріалів тісно пов’язані з мікроструктурними характеристиками фрити (швидкість ущільнення, розмір зерен, характер вторинних фаз на кордонах зерен тощо).
З точки зору спікання, отримання прозорої кераміки, такої як YAG (ітрієвий алюмінієвий гранат, Y3Al5O12), пов'язане зі швидкістю залишкової пористості (140 °).
- Конкретні характеристики
П’єзоелектрична поведінка, антибактеріальні, механічні властивості поверхонь
Для оцінки властивостей та експлуатаційних характеристик матеріалів, твердих або пошарових, застосовуються різні технічні характеристики для механічного, термомеханічного, п’єзоелектричного та антибактеріального застосування. Серед них ми знаходимо загальноприйняті методи фізико-хімічних характеристик (щільність, в'язкість, мікроструктура тощо), але також техніки, більш специфічні для кожного виду виробленого матеріалу:
Для п'єзоелектричних матеріалів, призначених для неруйнівних випробувань або для рекуперації енергії, досліджуваними характеристиками є сегнетоелектричні властивості (цикл гістерезису), п'єзоелектричні константи (п'єзометр, лазерний віброметр, електрорезонансна техніка), деформації та напруження, що виникають під дією електричного струму поля в статичному або динамічному режимі (конфокальний мікроскоп, мікротракція), а також енергія, що відновлюється при вібраціях або механічних напруженнях.
Дослідження антибактеріальної поведінки текстилю, покритого наноголочками оксиду цинку, включає методи, специфічні для мікробіології та фотокаталізу. Кількісно, підрахунок гниття бактерій та обчислення активності спостережуваної проби відповідають стандарту NF ISO 20743: 2009. Розуміння механізмів (антипроліферативний ефект біоплівки), таких як перенесення Zn 2+ в бактеріальну культуру, можна виявити за допомогою атомно-абсорбційної спектроскопії (пристрій доступний на сайті ISTV).
Для твердої кераміки та керамічних покриттів для вимірювання механічних властивостей: твердості, модуля міцності використовуються класичні методи вдавлення та інструментування при різних масштабах навантаження (від нанотвердості до макротвердості) з використанням декількох типів відступів еластичність, міцність VIF (перелом по поглибленню Віккерса), адгезія (міцність інтерфейсу). Зносостійкість вимірюється тестами штифтових дисків. Взаємозв'язок між мікроструктурою та механічними та трибологічними властивостями вивчається за допомогою SEM-аналізів та конфокальної мікроскопії поверхонь.