Las turbinas de gas que funcionan con motores de aviones dependen de recubrimientos cerámicos que aseguran la estabilidad estructural a altas temperaturas. Pero estos recubrimientos no controlan la radiación de calor, lo que limita el rendimiento del motor.
Los investigadores de la Universidad de Purdue han diseñado "nanotubos" de cerámica que se comportan como antenas térmicas, ofreciendo control sobre el espectro y la dirección de la radiación de calor a alta temperatura.
El trabajo se publica en Nano letras , una revista de la American Chemical Society. Una ilustración de los nanotubos de cerámica se presentará como portada complementaria de la revista en un próximo número.
"Al controlar la radiación a estas altas temperaturas, podemos aumentar la vida útil del recubrimiento. El rendimiento del motor también aumentaría porque podría mantenerse más caliente con más aislamiento durante períodos de tiempo más largos", dijo Zubin Jacob, un asociadoprofesor de ingeniería eléctrica e informática en Purdue.
El trabajo es parte de una búsqueda más amplia en el campo de una amplia gama de materiales que pueden soportar temperaturas más altas. En 2016, el equipo de Jacob desarrolló un "metamaterial" térmico, hecho de tungsteno y óxido de hafnio, que controla la radiación de calorcon la intención de mejorar cómo se cosecha el calor residual de las plantas y fábricas de energía.
Una nueva clase de cerámica se expandiría en formas de usar más eficientemente la radiación de calor.
El equipo de Jacob, en colaboración con los profesores de Purdue Luna Lu y Tongcang Li, construyeron nanotubos con un material cerámico emergente llamado nitruro de boro, conocido por su alta estabilidad térmica.
Estos nanotubos de nitruro de boro controlan la radiación a través de oscilaciones de luz y materia, llamadas polaritones, dentro del material cerámico. Las altas temperaturas excitan los polaritones, que los nanotubos, como antenas, se acoplan eficientemente a la radiación de calor saliente.
Las antenas podrían brindar la capacidad de acelerar la radiación, realizar un enfriamiento mejorado de un sistema o enviar información en direcciones o longitudes de onda muy específicas, dijo Jacob.
Los investigadores planean diseñar más materiales cerámicos con características polaritónicas para una gran cantidad de aplicaciones diferentes.
"La cerámica polaritónica puede cambiar el juego y queremos que se usen ampliamente", dijo Jacob.
Esta investigación se realizó en el Centro de Nanotecnología Birck de Purdue Discovery Park y cuenta con el respaldo de Nascent Light-Matter Interactions, un programa de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa. El programa está dirigido por la Facultad de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Purdue.
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Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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