p Electrospinning, um método de fabricação de nanofibras, pode produzir cerâmica de nanômetro a micrômetro de diâmetro, polímero, e fibras metálicas de várias composições para um amplo espectro de aplicações:engenharia de tecidos, filtração, células de combustível e baterias de lítio. Esses materiais têm propriedades únicas por causa de sua morfologia de alta razão de aspecto e grande área de superfície. p No entanto, seu desenvolvimento foi em grande parte por tentativa e erro, dificultando a reprodução confiável em ambientes industriais. Este desafio decorre de uma falta de compreensão da dinâmica subjacente durante o processo, que envolve mais de 10 parâmetros de controle.

p O Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) está eliminando as suposições da eletrofiação, aproveitando seu conjunto exclusivo de recursos para construir um banco de dados que correlaciona os parâmetros da máquina de eletrofiação com propriedades de nanofibras. O pacote permitirá que as empresas projetem materiais otimizados para aplicações específicas em alta velocidade, ao mesmo tempo que possibilita feedback e controle em tempo real no chão de fábrica.

p A instalação de eletrofiação avançada faz parte do esforço de engenharia e ciência de manufatura avançada da Argonne para acelerar o desenvolvimento de materiais e os processos de manufatura, desenvolvendo tecnologias de plataforma aumentadas com sistemas de diagnóstico e computação de última geração. Essa combinação permite a ciência preditiva que reduz a custosa prototipagem por tentativa e erro. O projeto é financiado pelo programa de pesquisa e desenvolvimento dirigido por laboratório de fabricação (LDRD) da Argonne.

p Argonne está em uma posição única para o avanço da tecnologia de eletrofiação devido a uma combinação de experiência em desenvolvimento de materiais e aumento de escala, junto com os recursos de diagnóstico exclusivos disponíveis na Advanced Photon Source (APS), um DOE Office of Science User Facility e a fonte de raios-X síncrotron de mais alta energia do país.

p Os pesquisadores, liderado pelo cientista de materiais de Argonne Yuepeng Zhang, estão realizando medições de raios-X in-situ na linha de luz 12 ID-B no APS. As medições capturam estruturais em tempo real, informações físicas e químicas das nanofibras à medida que se formam e mudam durante o processamento, facilitando a correlação com parâmetros de processamento (por exemplo, Voltagem, distância de trabalho e viscosidade do precursor).

p Zhang diz, "As medições fornecem - pela primeira vez - uma compreensão sistemática dos processos de fiação e recozimento para controlar e melhorar o desempenho do produto."

p A próxima etapa é inserir os dados de raio-X em algoritmos de aprendizado de máquina executados em instalações de computação de alto desempenho em Argonne. Esses cálculos irão otimizar ainda mais a velocidade, reduzir defeitos de material, preveja novas propriedades e elimine prototipagem dispendiosa por tentativa e erro.

p A capacidade de eletrofiação também pode ser adaptada para uso com processos de fabricação rolo a rolo (que envolvem o processamento contínuo de um substrato flexível conforme é transferido entre dois rolos de material em movimento) para acelerar a comercialização e reduzir custos. Argonne está demonstrando o conceito roll-to-roll e sua primeira aplicação ao produzir eletrólitos de estado sólido LLZO de grande área para aplicações de armazenamento de energia.

p A indústria pode colaborar com especialistas da Argonne para desenvolver processos de eletrofiação para seus materiais existentes, bem como colaborar em materiais e projetos novos ou emergentes (compósitos), incluindo aumento de escala.