El investigador postdoctoral Peiman Shahbegi-Roodposhti y un estudiante de licenciatura en ciencia de los materiales trabajan con una guantera para producir nanomateriales. Crédito:Universidad de Connecticut
Investigadores de la Universidad de Connecticut han descubierto que reducir el oxígeno en algunos materiales nanocristalinos puede mejorar su resistencia y durabilidad a temperaturas elevadas. una mejora prometedora que podría conducir a mejores biosensores, motores a reacción más rápidos, y semiconductores de mayor capacidad.
"La estabilización de nanocristales a temperaturas elevadas es un desafío común, "dice Peiman Shahbeigi-Roodposhti, investigador postdoctoral del Instituto de Ciencia de Materiales de la UConn y autor principal del estudio. "En determinadas aleaciones, descubrimos que los niveles altos de oxígeno pueden conducir a una reducción significativa de su eficiencia ".
Usando un proceso de molienda especial en una guantera cerrada llena de gas argón, Científicos de UConn, trabajando en colaboración con investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, fueron capaces de sintetizar cristales de tamaño nanométrico de hierro-cromo y hierro-cromo-hafnio con niveles de oxígeno tan bajos como 0.01 por ciento. Estos polvos de aleación casi libres de oxígeno parecían ser mucho más estables que sus homólogos comerciales con mayor contenido de oxígeno a temperaturas elevadas y bajo altos niveles de estrés.
"En este estudio, por primera vez, se desarrollaron nanomateriales óptimos libres de oxígeno, "dice Sina Shahbazmohamadi, profesor asistente de ingeniería biomédica en UConn y coautor del artículo. "Varias técnicas de caracterización, incluyendo microscopía electrónica de transmisión avanzada con corrección de aberraciones, reveló una mejora significativa en la estabilidad del tamaño de grano a temperaturas elevadas ".
La estabilidad del tamaño de grano es importante para los científicos que buscan desarrollar la próxima generación de materiales avanzados. Como eslabones finos en una malla intrincada, los granos son los pequeños sólidos a partir de los cuales se fabrican los metales. Los estudios han demostrado que los granos más pequeños son mejores cuando se trata de hacer metales más fuertes y resistentes que son menos propensos a agrietarse. mejores conductores de electricidad, y más duradero a altas temperaturas y bajo estrés extremo. Los recientes avances en tecnología han permitido a los científicos de materiales desarrollar granos a una escala de solo 10 nanómetros, que es decenas de miles de veces más pequeño que el grosor de una hoja de papel o el ancho de un cabello humano. Estos nanocristales solo pueden verse con microscopios extremadamente potentes.
Pero el proceso no es perfecto. Cuando algunos nanogranos se crean a granel para aplicaciones como semiconductores, la estabilidad de su tamaño puede fluctuar bajo altas temperaturas y estrés. Fue durante la investigación de esta inestabilidad que Shahbeigi-Roodposhti y el equipo de investigación de la UConn aprendieron el papel que desempeña el oxígeno en el debilitamiento de la estabilidad de los nanocristales a altas temperaturas.
Los científicos de la UConn y la Universidad Estatal de Carolina del Norte han descubierto que la reducción del contenido de oxígeno en algunos materiales nanocristalinos puede mejorar la estabilidad del tamaño de su grano a temperaturas elevadas. Este gráfico muestra el patrón de estabilidad de los nanogranos de hierro-cromo-hafnio con oxígeno (representado por triángulos rojos) y sin oxígeno (representado por cuadrados negros) a medida que aumenta la temperatura en relación con la predicción termodinámica. Crédito:Peiman Shahbeigi-Roodposhti
"Este es solo un primer paso, pero esta línea de investigación podría conducir en última instancia al desarrollo de motores a reacción más rápidos, más capacidad en semiconductores, y más sensibilidad en biosensores, ", Dice Shahbeigi-Roodposhti.
Avanzando Los investigadores de UConn tienen la intención de probar su teoría en otras aleaciones para ver si la presencia o ausencia de oxígeno afecta su rendimiento a temperaturas elevadas.
El estudio, "Efecto del contenido de oxígeno sobre la estabilidad térmica del tamaño de grano para polvos de aleación nanocristalina Fe10Cr y Fe14Cr4Hf, "que fue apoyado por fondos del Departamento de Energía de EE. UU., actualmente aparece en línea en el Revista de aleaciones y compuestos .
