Durante los últimos 50 años, Los fabricantes han considerado la fibra de carbono como un material de ensueño:aunque las fibras individuales son más delgadas que una hebra de cabello humano, Pueden retorcerse y fusionarse con un material de matriz para formar un compuesto ligero que es más fuerte que el acero. dos veces más rígido y un buen conductor de calor. Y, a diferencia de los metales, el material no se agrieta con el tiempo. Se ha utilizado en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo aeronaves y naves espaciales, carros, edificios dispositivos médicos y equipamiento deportivo.

Pero la fibra de carbono tiene un gran inconveniente, dijo el ingeniero Husker Yongfeng Lu, un experto en materiales de carbono. Bajo temperaturas extremas, que se encuentran habitualmente en la industria aeroespacial, por ejemplo, la fibra de carbono se oxida, lo que significa que reacciona con el oxígeno en el aire y se quema, al igual que la madera cuando se combina con suficiente calor y oxígeno. La oxidación disminuye rápidamente las cualidades de ensueño de la fibra de carbono, particularmente su fuerza.

"Una debilidad de las fibras de carbono es que se queman fácilmente si se tienen temperaturas y oxígeno lo suficientemente altas. "dijo Lu, Lott Distinguido profesor universitario de ingeniería eléctrica e informática. "Si pudiéramos hacerlos no inflamables, para que no se quemen al exponerse al fuego, eso sería emocionante ".

En un artículo reciente publicado en PNAS , El equipo de Lu describe un gran paso hacia ese objetivo. Él y sus colegas de la Universidad de Nebraska – Lincoln y el Instituto de Química de la Materia Condensada de Burdeos en Francia desarrollaron un método escalable para proteger la fibra de carbono contra la oxidación. El enfoque representa una mejora significativa sobre otros procesos de antioxidación que son laboriosos, lento y caro.

"Estamos tratando de agregar capas superficiales que puedan separar las fibras de carbono del oxígeno para que, incluso a altas temperaturas, no se quemarán, "Lu dijo." Las fibras de carbono se pueden usar de muchas maneras:tejidas en textiles y en partes de edificios, aviones, equipos electrónicos, pero si son inflamables, eso plantea un nuevo riesgo para el sistema y limita mucho esas aplicaciones ".

Para eliminar la inflamabilidad, El equipo de Lu ha ideado un sencillo proceso de un solo paso que comienza con la fusión de una sal que es químicamente muy similar a la sal de mesa. Después de que los cristales de sal se vuelvan líquidos, los investigadores añaden polvos de titanio y cromo, que se sabe que soportan altas temperaturas. Luego se agregan fibras de carbono a la mezcla.

Después de una reacción espontánea, el proceso produce un recubrimiento de tres capas, hecho de carburo de cromo y carburo de titanio, que sirve como barrera contra la oxidación. El recubrimiento es de varias capas porque el titanio y el cromo tienen comportamientos y velocidades de reacción diferentes dentro de la sal fundida. dando lugar a tres capas distintas de producto final. Este triple recubrimiento confiere una protección adicional en comparación con una sola capa.

Cuando los investigadores evaluaron las fibras de carbono recubiertas frente a temperaturas extremas, alrededor de 2, 200 grados Fahrenheit, y condiciones ambientales extremas que simularon con una llama de oxiacetileno, encontraron que el material de carbono mantenía su estructura. Lu dijo que el siguiente paso es identificar qué tan resistentes al fuego son las fibras recubiertas en comparación con sus contrapartes desprotegidas, y cuánto tiempo pueden conservar sus propiedades más valiosas en condiciones extremas.

El equipo de Lu no es el primero en explorar métodos para proteger las fibras de carbono contra la oxidación, pero si tiene éxito en más pruebas, el enfoque sería el primero con viabilidad a gran escala. Enfoques anteriores, como la deposición de vapor químico, implican equipos costosos, múltiples pasos y reacciones químicas que son difíciles de controlar. El enfoque de la sal fundida evita estas trampas mediante el uso básico, materiales baratos que se someten a un proceso espontáneo a una temperatura relativamente baja de aproximadamente 1, 800 grados Fahrenheit.

El proceso también es rápido y limpio, preparándolo para un uso industrial generalizado.

"Hemos encontrado una receta que puede formar tres capas en un solo estado, "Dijo Lu." Con un solo chapuzón, podemos obtener tres capas de revestimiento ".