Cientistas da MISIS University e da Skoltech desenvolveram uma tecnologia para a produção de um novo material compósito baseado em shungita e fibras de carbono em uma matriz de grafite. Devido à combinação de baixa densidade, alta resistência e estabilidade química em temperaturas elevadas, ele pode ser usado para produzir células de combustível, supercapacitores e componentes de motores de aeronaves de última geração. O trabalho foi publicado em Polymers .
Compósitos com cargas de carbono são amplamente utilizados na indústria moderna. Eles podem ser usados ​​para a produção de unidades e equipamentos que operam em condições extremas, devido às suas propriedades únicas – alta resistência química e à temperatura. Ao contrário dos metais refratários pesados ​​que são facilmente oxidados em temperaturas elevadas, os materiais de carbono têm excepcional resistência a altas temperaturas e baixo peso. Ao mesmo tempo, as propriedades de diferentes materiais de carbono variam muito – de diamante a grafite.

Os cientistas de materiais estão agora desenvolvendo uma nova classe de compósitos que consistem em várias cargas de reforço de carbono em uma matriz de grafite obtida por carbonização, ou seja, transformação de um polímero em um material de carbono.

Cientistas da Universidade MISIS e da Skoltech apresentaram a tecnologia de produção rápida e econômica de tal compósito e identificaram os parâmetros ideais para o tratamento térmico para obter o melhor desempenho em termos de "resistência a trincas" - ou seja, resistência à iniciação e propagação de rachaduras que determinam em grande parte a resistência de materiais frágeis e quase frágeis.

O processo de síntese do compósito é semelhante ao "assar" uma "massa" feita de um elastômero (um polímero do tipo borracha macia) reforçado com um "recheio" a várias temperaturas acima de 180ºC. A fibra de carbono curta frequentemente usada como "enchimento" é, no entanto, bastante cara e seu volume disponível é limitado. Portanto, no novo material as fibras curtas de carbono foram parcialmente substituídas por shungita. Shungite é uma rocha pré-cambriana única que consiste em quase 100% de carbono que foi descoberta pela primeira vez na Rússia.

O resultado do processamento é o enriquecimento do produto inicial com carbono acompanhado de reestruturação simultânea. O polímero facilmente moldado é assim transformado em um dos compostos de carbono mais estáveis, como grafite ou diamante. Dada a rigidez única desses materiais, é quase impossível usinar as peças necessárias de grafite ou diamante.

"O objetivo deste estudo foi otimizar o processo de carbonização para aumentar a resistência à fissura em função da temperatura de processamento e da composição inicial da mistura, ou seja, a fração volumétrica das fases de reforço. Uma seleção cuidadosa das condições foi realizada para obter os valores mais altos do fator crítico de intensidade de estresse em amostras carbonizadas à temperatura de 280 graus Celsius", diz Alexey Salimon, Ph.D, co-autor e chefe do Departamento de Físico-Química.

Os pesquisadores esperam que os materiais obtidos encontrem uso para a fabricação de peças-chave de células de combustível (dispositivos para conversão direta da energia química do combustível em energia elétrica sem combustão), componentes de equipamentos quimicamente resistentes, equipamentos complexos de bombeamento para produção de petróleo em profundidades recordes e nas condições mais severas (areia, sulfeto de hidrogênio, temperatura acima de 200 graus Celsius). Outra área promissora para o uso de novos materiais será a criação de uma nova geração de componentes de motores de aeronaves. + Explorar mais

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