Группа исследователей из Массачусетского технологического института и Наньянского технологического института в Сингапуре получила керамический материал нового типа. Ученым удалось добиться того, что керамика на основе циркония не только гнется, но еще и обладает эффектом памяти формы. Подробности приведены в статье исследователей для журнала Science.

В состав керамики входят примеси редкоземельных элементов: ученые провели эксперименты с добавкой иттрия, церия или сразу обоих этих металлов.

Именно добавки радикально поменяли свойства материала: иттриево-цериевая керамика легко выдерживало растягивание или сжатие в пределах семи процентов, хотя обычная циркониевая рассыпалась уже при попытке растянуть или сжать ее больше, чем на один процент.

Рис. 1. Микроскопический образец керамики до и после нагрева и деформации. Фото: Lai et.al., Science, 2013.

Исследование образцов показало, что

под нагрузкой в материале происходит перестройка кристаллической решетки. Специалистам по материаловедению аналогичный переход хорошо известен в металлических сплавах: два состояния, между которыми происходит переход, известны как аустенит и мартенсит.

Аналогичный переход происходит при нагреве или (только в другую сторону: мартенсит становится аустенитом) остывании и за счет этого кристаллическую структуру деформированной керамики можно восстановить нагревом с последующим остыванием.

Помимо гибкости, новый материал обладает эффектом памяти. Если изогнутый и деформированный керамический стержень нагреть до нескольких сотен градусов Цельсия, он распрямляется за счет того, что кристаллическая решетка возвращается в исходное состояние.

Ученые оговариваются, что пока их наблюдения проведены на микроскопических образцах и до практического применения подобной керамики еще далеко, но опыты показывают то, что материал можно сделать еще более пластичным (до 10 процентов растяжения или сжатия без появления трещин), а температуру перехода в исходное состояние можно задать от нескольких сотен до 1200 градусов Цельсия.

Керамикой в общем случае называют материалы, полученные путем обжига или спекания неорганических веществ, которые не являются металлами. Чаще всего компонентами керамики являются оксиды, но возможна и керамика на основе силицидов, карбидов или иных солей как металлов, так и неметаллических элементов. Керамика на основе оксида циркония используется, например, при производстве кухонных ножей и зубных коронок.