Az ELKH Energiatudományi Kutatóközpont Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetének (EK MFA) kutatói a grafénnal összefüggő innovációs fejlesztéseket célzó partnerségi „Graphene Flagship” Flag-Era projekt keretében elsőként állítottak elő attritorőrléssel és meleg izosztatikus préseléssel néhány rétegű grafénnal adalékolt, gradiens szerkezetű szilícium-nitrid kerámiákat. A dr. Balázsi Csaba által vezetett konzorciumot az EK MFA mellett a Fraunhofer Kerámia Technológia és Rendszerek Intézet (Fraunhofer IKTS, Németország), valamint a Szlovák Tudományos Akadémia Anyagtudományi Intézetének (IMR SAS, Szlovákia) kutatói alkotják.

Az Európai Bizottság által kiemelten támogatott „CERANEA” Graphene Flagship partnerségi projekt célja javított tulajdonságokkal és funkcionalitással rendelkező, grafénnal adalékolt kerámia-szendvicsszerkezetek fejlesztése.

Egyes csontok, kagylók és fák mineralizált szerkezeteinek van néhány közös vonása: összetételük a térfogatukban haladva fokozatosan változik, réteges szerkezetük pedig biztosítja a mechanikai stabilitásukat, miközben több funkcionális szerepet is betölt (pl. a csontállomány védelme, mozgás). Az ilyen többrétegű anyagokat a funkcionális gradiens anyagok (FGA) kategóriájába sorolják. Egyedi tulajdonságaiknak köszönhetően az FGA-szerkezetek számos más ipari területen – pl. optoelektronikai eszközök, szenzorok és akkumulátorok felépítésében – alkalmazhatók, de csontrekonstrukciós implantátumok előállításához is kiválóan használhatók.

Az ortopéd sebészetben a szilícium-nitrid (Si3N4) mint implantátum, újdonságnak számít. A kutatók által kifejlesztett kerámia–grafén-szendvicsszerkezet nagyon hasonló az emberi csonthoz. Külső része megegyezik a tömör csont mechanikai tulajdonságait mutató szilícium-nitrid tömbi kerámiáéval. Grafén adalékkal pedig a csont szerkezetével megegyező, szivacsos, nyitott és zárt porozitásokat egyaránt tartalmazó Si3N4-grafénkerámia-kompozit hozható létre.

A grafén mennyiségének növelésével a kompozitanyag porozitása és vezetőképessége is tetszés szerint változtatható – ezek pedig más ipari alkalmazások szempontjából is hasznos tulajdonságok.

A csont tömör, szivacsos szerkezete, valamint az előállított réteges funkcionális gradiens Si3N4–grafén-kerámiakompozit szerkezete.

További információ:

https://graphene-flagship.eu/graphene/news/ceramics-and-graphene-open-up-new-possibilities-for-bone-like-materials/