El titanato de bario es un material electrocerámico importante que se utiliza en billones de condensadores cada año y se encuentra en la mayoría de los dispositivos electrónicos. Los investigadores de Penn State han producido el material a bajas temperaturas récord, y el descubrimiento podría conducir a una fabricación más eficiente desde el punto de vista energético.

Un equipo de científicos de Penn State utilizó el proceso de sinterización en frío para densificar la cerámica 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 óxidos ferroeléctricos en un solo paso, "dijo Kosuke Tsuji, candidato a doctorado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Penn State y autor principal del estudio. "Debería abrir la posibilidad de densificar muchos más materiales inorgánicos a bajas temperaturas".

Es la primera vez que los investigadores han densificado titanato de bario en un solo paso utilizando sinterización en frío. Los intentos anteriores requerían calentamiento secundario para producir materiales con propiedades dieléctricas útiles, dijeron los científicos, quienes informaron sus hallazgos en el Journal of the European Ceramic Society.

La sinterización es un proceso comúnmente utilizado 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. La tecnología emergente tiene el potencial de reducir los costos y los impactos ambientales de la fabricación de una amplia gama de materiales, según los investigadores.

Los investigadores utilizaron nuevas químicas para densificar el titanato de bario en un solo paso. La sinterización en frío implica la adición de unas gotas de líquido al polvo cerámico. Reacciones entre humedad, el calor y la 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.

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, alrededor del 90 por ciento contiene titanato de bario.

"Estos dispositivos son la base del 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, puedes tener 1, 000 componentes que están todos hechos de titanato de bario. Es omnipresente en toda la electrónica ".

Bajar 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 poliméricos en estos condensadores. según los investigadores.

"Esto es muy atractivo para muchas de las principales empresas de capacitores, que están trabajando con estos investigadores a través del Centro de Dieléctricos y Piezoeléctricos (CDP) de Penn State, "Dijo Randall.