Los científicos del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales (MSE) de la Universidad de Maryland (UMD) han reinventado un 26, Proceso de fabricación de 000 años de antigüedad en un enfoque innovador para la fabricación de materiales cerámicos que tiene aplicaciones prometedoras para baterías de estado sólido, celdas de combustible, Tecnologías de impresión 3-D, y más allá.

La cerámica se usa ampliamente en baterías, electrónica, y entornos extremos, pero la sinterización de cerámica convencional (parte del proceso de cocción utilizado en la fabricación de objetos cerámicos) a menudo requiere horas de tiempo de procesamiento. Para superar este desafío, un equipo de investigación de Maryland ha inventado un método de sinterización ultrarrápido a alta temperatura que satisface las necesidades de la cerámica moderna y fomenta el descubrimiento de nuevas innovaciones en materiales.

El estudio, dirigido por Liangbing Hu, Herbert Rabin, profesor distinguido de la Escuela de Ingeniería A. James Clark y director del Centro de Innovación de Materiales de la UMD, fue publicado en la portada del 1 de mayo de Ciencias . Chengwei Wang, un científico asistente de investigación en el grupo de Hu, sirvió como primer autor del estudio.

Las técnicas de sinterización convencionales requieren un largo tiempo de procesamiento:se necesitan horas para que un horno se caliente, luego, varias horas más para "hornear" el material cerámico, que es particularmente problemático en el desarrollo de electrolitos para baterías de estado sólido. Tecnologías de sinterización alternativas (como la sinterización asistida por microondas, sinterización de plasma de chispa, y sinterización flash) están limitadas por una variedad de razones, a menudo porque son específicos del material y / o costosos.

El nuevo método del equipo de Maryland de sinterización ultrarrápida a alta temperatura ofrece altas velocidades de calentamiento y enfriamiento, una distribución uniforme de la temperatura, y temperaturas de sinterización de hasta 3, 000 grados centígrados. Conjunto, estos procesos requieren menos de 10 segundos de tiempo total de procesamiento, más de 1, 000 veces más rápido que el método tradicional de sinterización en horno.

"Con esta invención, intercalamos un gránulo verde prensado de polvos precursores cerámicos entre dos tiras de carbono que rápidamente calentaron el gránulo a través de la radiación y la conducción, creando un entorno constante de alta temperatura que obligó al polvo cerámico a solidificarse rápidamente, "Hu dijo." La temperatura es lo suficientemente alta como para sinterizar básicamente cualquier material cerámico. Este proceso patentado se puede extender a otras membranas más allá de la cerámica ".

El estudio se llevó a cabo mediante una estrecha colaboración con Yifei Mo (profesor asociado, UMD), J.C Zhao (profesor y director de departamento, UMD), Howard Wang (profesor investigador invitado, UMD), Jian Luo (profesor, UC San Diego), Xiaoyu Zheng (profesor asistente, UCLA), y Bruce Dunn (profesor y director de departamento, UCLA).

"La sinterización ultrarrápida a alta temperatura representa un gran avance en las tecnologías de sinterización ultrarrápida, no solo por su aplicabilidad general a una amplia gama de materiales funcionales, pero también debido al gran potencial de crear materiales a granel que no están en equilibrio al retener o generar defectos adicionales, "dijo Luo.

La tecnología de sinterización rápida se comercializa a través de HighT-Tech LLC, una empresa derivada de UMD con un enfoque en una gama de tecnologías de alta temperatura.

"Este nuevo método resuelve el problema clave del cuello de botella en la computación y el descubrimiento de materiales guiados por IA, ", dijo Mo." Hemos habilitado un nuevo paradigma para el descubrimiento de materiales con un ritmo acelerado sin precedentes ".

"Estamos encantados de ver que el tiempo de pirólisis se redujo de decenas de horas a unos pocos segundos, preservando las finas estructuras impresas en 3-D después de una rápida sinterización, "Dijo Zheng.