Científicos de la Universidad MISIS y Skoltech han desarrollado una tecnología para la producción de un nuevo material compuesto basado en shungite y fibras de carbono en una matriz de grafito. Debido a la combinación de baja densidad, alta resistencia y estabilidad química a temperaturas elevadas, se puede utilizar para producir pilas de combustible, supercondensadores y componentes de motores de aeronaves de próxima generación. El trabajo fue publicado en Polymers .

Los compuestos con cargas de carbono se utilizan ampliamente en la industria moderna. Se pueden utilizar para la producción de unidades y equipos que funcionan en condiciones extremas, debido a sus propiedades únicas:alta resistencia química y a la temperatura. A diferencia de los metales refractarios pesados ​​que se oxidan fácilmente a temperaturas elevadas, los materiales de carbono tienen una resistencia excepcional a altas temperaturas y un bajo peso. Al mismo tiempo, las propiedades de los diferentes materiales de carbono varían mucho, desde el diamante hasta el grafito.

Los científicos de materiales ahora están desarrollando una nueva clase de compuestos que consisten en varios rellenos de refuerzo de carbono en una matriz de grafito obtenida por carbonización, es decir, la transformación de un polímero en un material de carbono.

Científicos de la Universidad MISIS y Skoltech presentaron la tecnología de producción rápida y económica de dicho compuesto e identificaron los parámetros óptimos para el tratamiento térmico para lograr el mejor rendimiento en términos de "resistencia a las grietas", es decir, resistencia a la iniciación y propagación de grietas que determina en gran medida la resistencia de los materiales frágiles y cuasi-frágiles.

El proceso de síntesis del compuesto es similar a "hornear" una "masa" hecha de un elastómero (un polímero tipo caucho blando) reforzado con un "relleno" a varias temperaturas superiores a 180ºC. Sin embargo, la fibra de carbono corta que se utiliza a menudo como "relleno" es bastante cara y su volumen disponible es limitado. Por lo tanto, en el nuevo material, las fibras cortas de carbono fueron parcialmente sustituidas con shungite. Shungite es una roca precámbrica única que consta de casi un 100 % de carbono que se descubrió por primera vez en Rusia.

El resultado del procesamiento es el enriquecimiento del producto inicial con carbono acompañado de una reestructuración simultánea. El polímero de fácil moldeado se convierte así en uno de los compuestos de carbono más estables, como el grafito o el diamante. Dada la rigidez única de estos materiales, es casi imposible mecanizar las formas necesarias de las piezas a partir de grafito o diamante.

"El propósito de este estudio fue optimizar el proceso de carbonización para aumentar la resistencia al agrietamiento dependiendo de la temperatura de procesamiento y la composición de la mezcla inicial, es decir, la fracción de volumen de las fases de refuerzo. Se llevó a cabo una cuidadosa selección de condiciones para obtener los valores más altos. del factor de intensidad de estrés crítico en muestras carbonizadas a una temperatura de 280 grados centígrados", dice Alexey Salimon, Ph.D, coautor y director del Departamento de Química Física.

Los investigadores esperan que los materiales obtenidos encuentren uso para la fabricación de partes clave de celdas de combustible (dispositivos para la conversión directa de la energía química del combustible en energía eléctrica sin combustión), componentes de equipos químicamente resistentes, equipos de bombeo complejos para la producción de petróleo a profundidades récord. y en las condiciones más duras (arena, sulfuro de hidrógeno, temperatura superior a 200 grados centígrados). Otra área prometedora para el uso de nuevos materiales será la creación de una nueva generación de componentes para motores de aeronaves. + Explora más

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