El titanato de bario es un material electrocerámico importante que se usa en billones de condensadores cada año y se encuentra en la mayoría de los productos electrónicos. Los investigadores de Penn State han producido el material a temperaturas récord y el descubrimiento podría conducir a una fabricación con mayor eficiencia energética.
Un equipo de científicos de Penn State utilizó el proceso de sinterización en frío para densificar las cerámicas de titanato de bario a menos de 572 grados Fahrenheit 300 grados Celsius, las temperaturas de procesamiento más bajas jamás utilizadas, manteniendo la calidad alcanzada a temperaturas más altas en la fabricación comercial moderna,dijeron los investigadores.
"Nuestro trabajo es el primer ejemplo que muestra que podemos densificar los óxidos ferroeléctricos en un solo paso", dijo Kosuke Tsuji, candidato a doctorado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales en Penn State y autor principal del estudio. "Debería abrirse".hasta la posibilidad de densificar muchos más materiales inorgánicos a bajas temperaturas "
Es la primera vez que los investigadores densifican titanato de bario en un solo paso usando la sinterización en frío. Los intentos anteriores requirieron un calentamiento secundario para producir materiales con propiedades dieléctricas útiles, dijeron los científicos, quienes informaron sus hallazgos en el Revista de la Sociedad Europea de Cerámica .
La sinterización es un proceso comúnmente usado para comprimir polvos finos en una masa sólida de material usando calor y presión. El proceso de sinterización en frío, desarrollado por científicos de Penn State, logra esto a temperaturas mucho más bajas y en tiempos más cortos que la sinterización convencional.Según los investigadores, la tecnología tiene el potencial de reducir los costos y los impactos ambientales de la fabricación de una amplia gama de materiales.
Los investigadores utilizaron nuevas químicas para densificar el titanato de bario en un solo paso. La sinterización en frío implica agregar unas gotas de líquido al polvo de cerámica. Las reacciones entre humedad, calor y presión crean materiales más densos en comparación con el calentamiento a temperaturas más altas sin líquido.
La investigación previa de sinterización en frío utilizó soluciones neutras o ácidas, pero el nuevo estudio incorporó hidróxido, un material alcalino. El hidróxido ayudó a producir titanato de bario con las propiedades dieléctricas necesarias a temperaturas más bajas, dijeron los científicos.
"Esta investigación muestra que los materiales que antes eran difíciles de sinterizar ahora se pueden hacer", dijo Clive Randall, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en Penn State, quien dirigió el desarrollo de la sinterización en frío. "Nos lleva al sueño de queeventualmente podemos encontrar la química adecuada para permitir que todos los materiales cerámicos, y tal vez incluso los materiales metálicos, se sintericen en frío "
El titanato de bario es el compuesto básico utilizado para producir materiales dieléctricos de alta permitividad en condensadores multicapa. De los más de 3 billones de condensadores cerámicos producidos cada año, aproximadamente el 90% contiene titanato de bario.
"Estos dispositivos apuntalan el mundo electrónico moderno", dijo Randall, quien también se desempeña como director del Instituto de Investigación de Materiales de Penn State. "Las implicaciones de aplicar esta tecnología al titanato de bario son enormes. Solo en su teléfono celular, puede tener 1,000componentes que están hechos de titanato de bario. Es omnipresente para todos los componentes electrónicos ".
Disminuir las temperaturas utilizadas en la fabricación comercial no solo sería más eficiente energéticamente, sino que podría abrir la puerta al uso de metales menos costosos e incorporar compuestos de polímeros en estos condensadores, según los investigadores.
"Esto es muy atractivo para muchas de las compañías líderes de capacitores, que están trabajando con estos investigadores a través del Centro de Dieléctricos y Piezoeléctricos CDP de Penn State", dijo Randall.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por Matthew Carroll. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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