Cientistas do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais (MSE) da Universidade de Maryland (UMD) reinventaram um 26, Processo de fabricação de 000 anos em uma abordagem inovadora para a fabricação de materiais cerâmicos que tem aplicações promissoras para baterias de estado sólido, células de combustível, Tecnologias de impressão 3-D, e além.

As cerâmicas são amplamente utilizadas em baterias, eletrônicos, e ambientes extremos - mas a sinterização convencional de cerâmica (parte do processo de queima usada na fabricação de objetos de cerâmica) geralmente requer horas de processamento. Para superar este desafio, uma equipe de pesquisa de Maryland inventou um método ultrarrápido de sinterização de alta temperatura que atende às necessidades da cerâmica moderna e estimula a descoberta de novas inovações de materiais.

O estudo, liderado por Liangbing Hu, Herbert Rabin Distinto Professor da Escola de Engenharia A. James Clark e diretor do Centro de Inovação de Materiais da UMD, foi publicado na capa de 1º de maio de Ciência . Chengwei Wang, um cientista assistente de pesquisa no grupo de Hu, atuou como primeiro autor do estudo.

As técnicas convencionais de sinterização requerem um longo tempo de processamento - leva horas para um forno aquecer, depois, mais algumas horas para 'assar' o material cerâmico - o que é particularmente problemático no desenvolvimento de eletrólitos para baterias de estado sólido. Tecnologias alternativas de sinterização (como sinterização assistida por micro-ondas, sinterização de plasma de centelha, e sinterização flash) são limitados por uma variedade de razões, frequentemente porque são específicos do material e / ou caros.

O novo método de sinterização ultrarrápida de alta temperatura da equipe de Maryland oferece alto aquecimento e altas taxas de resfriamento, uma distribuição uniforme de temperatura, e temperaturas de sinterização de até 3, 000 graus Celsius. Combinado, esses processos requerem menos de 10 segundos de tempo total de processamento - mais de 1, 000 vezes mais rápido do que a abordagem de forno tradicional de sinterização.

"Com esta invenção, nós 'ensanduichamos' um pellet verde prensado de precursores de cerâmica em pó entre duas tiras de carbono que aqueceu rapidamente o pellet por meio de radiação e condução, criando um ambiente consistente de alta temperatura que forçou o pó cerâmico a se solidificar rapidamente, "Hu disse." A temperatura é alta o suficiente para sinterizar basicamente qualquer material cerâmico. Este processo patenteado pode ser estendido a outras membranas além da cerâmica. "

O estudo foi realizado em estreita colaboração com Yifei Mo (professor associado, UMD), J.C Zhao (professor e chefe do departamento, UMD), Howard Wang (professor visitante, UMD), Jian Luo (professor, UC San Diego), Xiaoyu Zheng (professor assistente, UCLA), e Bruce Dunn (professor e chefe do departamento, UCLA).

"A sinterização ultrarrápida de alta temperatura representa um avanço nas tecnologias de sinterização ultrarrápida, não apenas por causa de sua aplicabilidade geral a uma ampla gama de materiais funcionais, mas também devido ao grande potencial de criação de materiais a granel fora de equilíbrio por meio da retenção ou geração de defeitos extras, "disse Luo.

A tecnologia de sinterização rápida está sendo comercializada através da HighT-Tech LLC, uma empresa spinoff da UMD com foco em uma variedade de tecnologias de alta temperatura.

"Este novo método resolve o principal problema de gargalo em computação e descoberta de materiais guiada por IA, "disse Mo." Nós habilitamos um novo paradigma para a descoberta de materiais com um ritmo acelerado sem precedentes. "

"Estamos muito satisfeitos em ver o tempo de pirólise reduzido de dezenas de horas para alguns segundos, preservando as finas estruturas impressas em 3-D após sinterização rápida, "Zheng disse.