Os pesquisadores da Skoltech e seus colegas da Universidade Politécnica de Tomsk propuseram uma maneira eficiente e barata de sintetizar o boreto de tungstênio superduro, usado em perfuração e outras tecnologias industriais. A pesquisa que descreve a nova técnica foi publicada na revista Inorganic Chemistry e foi destaque na capa da edição de maio.
Quando foram descobertos, os boretos de tungstênio capturaram a imaginação dos cientistas devido à sua dureza, resistência térmica, baixa condutividade térmica e outras propriedades mecânicas fascinantes superiores às de outros materiais que permaneceram incomparáveis ​​por quase um século. No entanto, os métodos existentes de síntese de boreto de tungstênio requerem um vácuo ou uma atmosfera inerte sob alta pressão. Isso aumenta os custos de produção e limita a escalabilidade e o volume de produção.

"Estávamos procurando uma abordagem eficiente para a síntese em larga escala de WB5-x, uma variedade específica de boreto de tungstênio que tem resistência ao desgaste extremamente alta", diz o investigador principal do estudo, professor assistente Alexander Kvashnin, do Centro de Projetos de Transição de Energia da Skoltech. e ESG. "Levamos muito tempo e energia, e identificar as fases distintas nas amostras sintetizadas acabou sendo um desafio. Mas os métodos computacionais vieram em socorro e, depois de investigar minuciosamente as condições de síntese e a estrutura do material obtido, descobrimos que conseguimos sintetizar uma amostra de duas fases contendo WB2 e WB5-x."

O principal autor do artigo, o cientista pesquisador Alexander Pak do Centro de Pesquisa Ecoenergy 4.0 da Universidade Politécnica de Tomsk, comenta:"As fases cristalinas do boreto de tungstênio previstas por nossos colegas da Skoltech foram obtidas com sucesso usando a técnica original de síntese de plasma de arco atmosférico sem vácuo no arco DC reator de plasma desenvolvido na Universidade Politécnica de Tomsk. Ao simplificar o método e o projeto do reator, conseguimos eliminar vários componentes caros de alta tecnologia. Em comparação com análogos imediatos, estimamos que nosso método consome até 90% menos energia, pelo menos quando sintetizando material nas quantidades típicas para experimentos de laboratório."

A montagem experimental especialmente construída e utilizada no estudo consistia em um cátodo de grafite em forma de cadinho e um ânodo em forma de haste que cabia em seu interior, também feito de grafite. A mistura inicial de tungstênio em pó e boro foi compactada e colocada no fundo do cadinho. Em seguida, uma descarga de arco elétrico foi iniciada entre o ânodo e o cátodo em ar normal. Como resultado, o oxigênio atmosférico reagiu com o carbono no grafite, produzindo um ambiente de gás independente no cadinho. À medida que o arco elétrico aumentava a temperatura, ocorreu a síntese, produzindo diferentes boretos de tungstênio em uma proporção determinada pela relação dos materiais de origem e parâmetros de tratamento do plasma. É importante ressaltar que todo esse processo não requer um ambiente de vácuo, tornando o método aplicável à produção industrial em larga escala.

"Também melhoramos o método para permitir o ajuste fino dos parâmetros experimentais para controlar a composição do produto", acrescenta Kvashnin. "Isso permitiu que a proporção da fase WB5-x desejável na amostra fosse aumentada para 61,5% em volume".

A nova técnica sem vácuo é o primeiro passo para a síntese em larga escala de baixo custo controlável de boreto de tungstênio superduro com propriedades mecânicas excepcionais para uma ampla gama de aplicações industriais. De acordo com os pesquisadores, o material será adequado para limpar o dióxido de carbono das emissões da fábrica e produzir hidrogênio azul. A principal vantagem do uso do WB5–x como catalisador nesse processo é sua capacidade de ser reutilizado. + Explorar mais

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