Têxteis cerâmicos, lâminas de motor a jato aprimoradas, Cerâmicas impressas 3-D e baterias melhores podem em breve se tornar uma realidade, graças a um polímero recentemente patenteado de um engenheiro da Kansas State University.

Usando cinco ingredientes - silício, boro, carbono, nitrogênio e hidrogênio - Gurpreet Singh, Harold O. e Jane C. Massey Neff, professor associado de engenharia mecânica e nuclear, criou um polímero líquido que pode se transformar em uma cerâmica com valioso material térmico, propriedades ópticas e eletrônicas. O polímero semelhante à água, que se torna uma cerâmica quando aquecida, também pode ser produzido em massa.

"Este polímero é um material útil que realmente funciona, "Singh disse." De todos os materiais que pesquisamos nos últimos cinco anos, este material é o mais promissor. Agora podemos pensar em usar cerâmica onde você nunca poderia imaginar. "

Singh é o principal inventor da patente, "Silazanos modificados com boro para a síntese de cerâmica SiBNC." Romil Bhandavat, 2013 doutorado em engenharia mecânica, é um co-inventor.

Os engenheiros desenvolveram o polímero transparente que se parece com água e tem a mesma densidade e viscosidade da água, ao contrário de alguns outros polímeros contendo silício e boro.

"Criamos um líquido que permanece líquido em temperatura ambiente e tem uma vida útil mais longa do que outros polímeros de SiBNC, "Singh disse." Mas quando você aquece nosso polímero, ele passa por uma transição de líquido para sólido. Este polímero líquido transparente pode se transformar em um muito preto, cerâmica vítrea. "

As cerâmicas são valiosas porque resistem a temperaturas extremas e são usadas para uma variedade de materiais, incluindo velas de ignição, motores a jato, fornos de alta temperatura ou mesmo materiais de exploração espacial.

Como um polímero pré-cerâmico, Singh disse que o material líquido tem várias propriedades importantes.

• O polímero é de baixa densidade e pode criar cerâmicas leves em vez das cerâmicas pesadas usuais.
• O polímero é escalonável e pode ser produzido em massa em gramas ou quilogramas.
• A cerâmica derivada deste polímero pode sobreviver a temperaturas extremas de aproximadamente 1, 700 graus Celsius. No entanto, a cerâmica tem uma densidade de massa três a seis vezes menor do que a de outras cerâmicas de temperatura ultra-alta, tais como boreto de zircônio e carboneto de háfnio.
• O polímero pode fazer fibras cerâmicas. Se o polímero for aquecido a aproximadamente 50 a 100 graus Celsius, torna-se um gel semelhante ao xarope ou ao mel. Durante este estado de gel, o polímero pode ser puxado em fios ou fibras para criar tecidos de cerâmica ou malha de cerâmica.
• O polímero líquido tem flexibilidade de processamento. Pode ser derramado em moldes e aquecido para fazer formas cerâmicas complexas com precisão.
• Como o polímero é um líquido, é pulverizável ou pode ser usado como tinta para fazer revestimentos cerâmicos. A cerâmica pode proteger os materiais por baixo ou pode criar máquinas mais eficientes que funcionam em ambientes de alta temperatura, como turbinas a vapor ou lâminas de motores a jato. O polímero também pode ser usado para impressão 3-D de peças de cerâmica usando uma impressora SLA de bancada.
• Quando combinado com nanotubos de carbono, o polímero tem ainda mais aplicações. Ele pode criar um material preto que pode absorver toda a luz - mesmo ultravioleta e infravermelho - sem ser danificado. O nanomaterial combinado pode suportar calor extremo de 15, 000 watts por centímetro quadrado, que é cerca de 10 vezes mais calor do que um bico de foguete.
• O polímero pode ser usado para produzir cerâmica com condutividade elétrica sintonizável variando de isolante ou semicondutor.
• A presença de silício e carbono semelhante ao gráfico na cerâmica pode melhorar os eletrodos para baterias de íon-lítio.
• A cerâmica derivada deste polímero possui uma estrutura aleatória que geralmente não é observada nas cerâmicas tradicionais. O silício na cerâmica se liga ao nitrogênio e ao carbono, mas não ao boro; o boro liga-se ao nitrogênio, mas não ao carbono; e o carbono se liga a outro carbono para formar cordas semelhantes a grafos. Esta estrutura única fornece estabilidade em alta temperatura, retardando a reação com o oxigênio.

"Muitas vezes, pesquisadores analisaram apenas as propriedades de alta temperatura, "Disse Singh." Estamos entre os poucos que analisaram outras propriedades, como eletrônicos, eletroquímico, propriedades térmicas e ópticas - e expôs essas propriedades neste material. "

A pesquisa de Singh foi apoiada pela equipe de radiometria do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia e pela Fundação Nacional de Ciências. Ele continua pesquisando as possibilidades do polímero para a fabricação de fibras cerâmicas e até eletrodos de bateria.

A patente foi emitida para a Kansas State University Research Foundation, uma corporação sem fins lucrativos responsável por gerenciar as atividades de transferência de tecnologia na universidade.