Los científicos del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales MSE de la Universidad de Maryland UMD han reinventado un proceso de fabricación de 26,000 años de antigüedad en un enfoque innovador para fabricar materiales cerámicos que tiene aplicaciones prometedoras para baterías de estado sólido,pilas de combustible, tecnologías de impresión 3D y más allá.
La cerámica se usa ampliamente en baterías, electrónica y entornos extremos, pero la sinterización de cerámica convencional parte del proceso de cocción utilizado en la fabricación de objetos de cerámica a menudo requiere horas de tiempo de procesamiento. Para superar este desafío, un equipo de investigación de Marylandha inventado un método de sinterización ultrarrápido a alta temperatura que satisface las necesidades de la cerámica moderna y fomenta el descubrimiento de nuevas innovaciones materiales.
El estudio, dirigido por Liangbing Hu, profesor distinguido Herbert Rabin de la Escuela de Ingeniería A. James Clark y director del Centro de Innovación de Materiales de la UMD, se publicó en la portada del 1 de mayo de ciencia . Chengwei Wang, investigador científico asistente en el grupo de Hu, fue el primer autor del estudio.
Las técnicas de sinterización convencionales requieren un largo tiempo de procesamiento: el horno tarda horas en calentarse, luego varias horas más para 'hornear' el material cerámico, lo cual es particularmente problemático en el desarrollo de electrolitos para baterías de estado sólido.Las tecnologías de sinterización alternativas como la sinterización asistida por microondas, la sinterización por plasma de chispa y la sinterización instantánea están limitadas por una variedad de razones, a menudo porque son específicas del material y / o costosas.
El nuevo método del equipo de Maryland de sinterización ultrarrápida a alta temperatura ofrece altas velocidades de calentamiento y enfriamiento, una distribución uniforme de la temperatura y temperaturas de sinterización de hasta 3.000 grados Celsius. Combinados, estos procesos requieren menos de 10 segundos de tiempo total de procesamiento -- más de 1,000 veces más rápido que el enfoque tradicional de horno de sinterización.
"Con esta invención, 'intercalamos' un gránulo verde prensado de polvos precursores cerámicos entre dos tiras de carbono que calentaron rápidamente el gránulo a través de la radiación y la conducción, creando un ambiente constante de alta temperatura que obligó al polvo cerámico a solidificarse rápidamente,"Hu dijo." La temperatura es lo suficientemente alta como para sinterizar básicamente cualquier material cerámico. Este proceso patentado puede extenderse a otras membranas más allá de la cerámica ".
El estudio se realizó a través de una estrecha colaboración con Yifei Mo profesor asociado, UMD, JC Zhao profesor y jefe de departamento, UMD, Howard Wang profesor visitante de investigación, UMD, Jian Luo profesor, UC San Diego,Xiaoyu Zheng profesor asistente, UCLA y Bruce Dunn profesor y jefe de departamento, UCLA.
"La sinterización ultrarrápida a alta temperatura representa un avance en las tecnologías de sinterización ultrarrápida, no solo por su aplicabilidad general a una amplia gama de materiales funcionales, sino también por el gran potencial de crear materiales a granel no equilibrados mediante la retención o la generación adicionaldefectos ", dijo Luo.
La tecnología de sinterización rápida se comercializa a través de HighT-Tech LLC, una empresa derivada de UMD con un enfoque en una gama de tecnologías de alta temperatura.
"Este nuevo método resuelve el problema clave del cuello de botella en la computación y el descubrimiento de materiales guiados por IA", dijo Mo. "Hemos habilitado un nuevo paradigma para el descubrimiento de materiales con un ritmo acelerado sin precedentes"
"Estamos encantados de ver que el tiempo de pirólisis se redujo de decenas de horas a unos pocos segundos, preservando las finas estructuras impresas en 3D después de la sinterización rápida", dijo Zheng.
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Materiales proporcionado por Universidad de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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