Textiles cerámicos, palas mejoradas del motor a reacción, La cerámica impresa en 3-D y las mejores baterías pronto se convertirán en una realidad, gracias a un polímero recientemente patentado por un ingeniero de la Universidad Estatal de Kansas.

Usando cinco ingredientes:silicona, boro, carbón, nitrógeno e hidrógeno:Gurpreet Singh, Harold O. y Jane C. Massey Neff, profesora asociada de ingeniería mecánica y nuclear, ha creado un polímero líquido que puede transformarse en una cerámica con valiosos valores térmicos, propiedades ópticas y electrónicas. El polímero similar al agua, que se convierte en cerámica cuando se calienta, también se puede producir en masa.

"Este polímero es un material útil que realmente funciona, ", Dijo Singh." De todos los materiales que hemos investigado en los últimos cinco años, este material es el más prometedor. Ahora podemos pensar en usar cerámica donde ni siquiera podrías imaginar ".

Singh es el inventor principal de la patente, "Silazanos modificados con boro para la síntesis de cerámicas de SiBNC". Romil Bhandavat, 2013 Doctorado en Ingeniería Mecánica, es un co-inventor.

Los ingenieros desarrollaron el polímero transparente que parece agua y tiene la misma densidad y viscosidad que el agua. a diferencia de otros polímeros que contienen silicio y boro.

"Hemos creado un líquido que permanece líquido a temperatura ambiente y tiene una vida útil más larga que otros polímeros de SiBNC, "Dijo Singh." Pero cuando calientas nuestro polímero, sufre una transición de líquido a sólido. Este polímero líquido transparente puede transformarse en un muy negro, cerámica vidriada ".

Las cerámicas son valiosas porque resisten temperaturas extremas y se utilizan para una variedad de materiales, incluidas las bujías, motores de jet, hornos de alta temperatura o incluso materiales de exploración espacial.

Como polímero precerámico, Singh dijo que el material líquido tiene varias propiedades importantes.

• El polímero es de baja densidad y puede crear cerámicas ligeras en lugar de las cerámicas pesadas habituales.
• El polímero es escalable y se puede producir en masa en gramos o kilogramos.
• La cerámica derivada de este polímero puede sobrevivir a temperaturas extremas de hasta aproximadamente 1, 700 grados centígrados. Sin embargo, la cerámica tiene una densidad de masa de tres a seis veces menor que la de otras cerámicas de temperatura ultra alta. tales como boruro de circonio y carburo de hafnio.
• El polímero puede producir fibras cerámicas. Si el polímero se calienta a aproximadamente 50 a 100 grados Celsius, se convierte en un gel similar al jarabe o la miel. Durante este estado de gel, el polímero se puede tirar en cuerdas o fibras para crear tejidos cerámicos o mallas cerámicas.
• El polímero líquido tiene flexibilidad de procesamiento. Se puede verter en moldes y calentar para hacer con precisión formas cerámicas complejas.
• Debido a que el polímero es un líquido, se puede pulverizar o se puede utilizar como pintura para hacer revestimientos cerámicos. La cerámica puede proteger los materiales debajo o puede crear maquinaria más eficiente que funcione en ambientes de alta temperatura. como turbinas de vapor o palas de motores a reacción. El polímero también se puede utilizar para la impresión 3D de piezas de cerámica utilizando una impresora SLA de sobremesa.
• Cuando se combina con nanotubos de carbono, el polímero tiene aún más aplicaciones. Puede crear un material negro que puede absorber toda la luz, incluso la luz ultravioleta e infrarroja, sin dañarse. El nanomaterial combinado puede soportar un calor extremo de 15, 000 vatios por centímetro cuadrado, que es aproximadamente 10 veces más calor que una boquilla de cohete.
• El polímero podría usarse para producir cerámica con conductividad eléctrica sintonizable que varía desde aislante o semiconductor.
• La presencia de silicio y carbono similar al grafeno en la cerámica puede mejorar los electrodos de las baterías de iones de litio.
• La cerámica derivada de este polímero tiene una estructura aleatoria que generalmente no se observa en las cerámicas tradicionales. El silicio de la cerámica se une al nitrógeno y al carbono, pero no al boro; el boro se une al nitrógeno pero no al carbono; y el carbono se une a otro carbono para formar cadenas en forma de grafeno. Esta estructura única proporciona estabilidad a altas temperaturas al retrasar la reacción con el oxígeno.

"A menudo, los investigadores solo han examinado las propiedades de alta temperatura, ", Dijo Singh." Estamos entre los pocos que analizaron otras propiedades, como electrónica, electroquímico, propiedades térmicas y ópticas, y expuso estas propiedades en este material ".

La investigación de Singh ha sido apoyada por el equipo de radiometría del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y la Fundación Nacional de Ciencias. Continúa investigando las posibilidades del polímero para fabricar fibras cerámicas e incluso electrodos de batería.

La patente fue otorgada a la Kansas State University Research Foundation, una corporación sin fines de lucro responsable de administrar las actividades de transferencia de tecnología en la universidad.