Charles McLaren, un estudiante de doctorado en ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de Lehigh, llegó el otoño pasado para su semestre de investigación en la Universidad de Marburg en Alemania con sus habilidades lingüísticas muy por detrás de su destreza científica ". Fue mi primer viaje aAlemania, y apenas hablé una palabra de alemán ", confesó.
El objetivo principal del estudio de intercambio de McLaren en Marburg fue aprender más sobre un proceso complejo que involucra transformaciones en vidrio que ocurren bajo condiciones eléctricas y térmicas intensas. Una nueva comprensión de estos mecanismos podría abrir el camino hacia una fabricación de vidrio más eficiente en energía, yincluso supercondensadores de vidrio que superan el rendimiento de las baterías que ahora se usan para automóviles eléctricos y energía solar.
"Esta tecnología es relevante para las empresas que buscan la próxima ola de energía portátil y confiable", dijo Himanshu Jain, asesor de McLaren y Presidente Distinguido TL Diamond en Ciencia e Ingeniería de Materiales en Lehigh y director de su Instituto Internacional de Materiales para Nueva Funcionalidad enVidrio. "Un avance en el uso del vidrio para el almacenamiento de energía podría desencadenar un torrente de innovación en los sectores de transporte y energía, e incluso apoyar los esfuerzos para frenar el calentamiento global".
Como parte de su investigación doctoral, McLaren descubrió que la aplicación de un campo de corriente continua a través del vidrio redujo su temperatura de fusión. En sus experimentos, colocaron un bloque de vidrio entre un cátodo y un ánodo, y luego ejercieron una presión constante sobre el vidrio mientras gradualmenteMcLaren y Jain, junto con colegas de la Universidad de Colorado, publicaron su descubrimiento en letras de física aplicada .
Las implicaciones para el hallazgo fueron interesantes. Además de hacer viable la formulación de vidrio a temperaturas más bajas y reducir las necesidades de energía, los diseñadores que usan corriente eléctrica en la fabricación de vidrio tendrían una herramienta para hacer manipulaciones precisas que no son posibles solo con calor.
"Podría hacer una máscara para el vidrio, por ejemplo, y aplicar un campo eléctrico a escala de micras", dijo Jain. "Esto le permitiría deformar el vidrio con alta precisión y suavizarlo de una manera mucho más selectivade lo que podrías con el calor, que se distribuye por todo el vaso ".
Aunque McLaren y Jain aislaron el fenómeno y determinaron cómo marcar las variables para obtener resultados óptimos, todavía no entendían completamente los mecanismos detrás de esto. McLaren y Jain habían estado siguiendo el trabajo del Dr. Bernard Roling en la Universidad deMarburg, quien había descubierto algunas características notables del vidrio mediante el pulido electrotérmico, una técnica que emplea manipulación de temperatura y corriente eléctrica para crear una carga en vidrio normalmente inerte. El proceso imparte cualidades ópticas e incluso bioactivas al vidrio.
Roling invitó a McLaren a pasar un semestre en Marburg para analizar el comportamiento del vidrio bajo el pulido electrotérmico, para ver si revelaría más sobre la ciencia fundamental que subyace en lo que McLaren y Jain habían observado en su laboratorio de Lehigh.
Una avalancha de alta velocidad
El trabajo de McLaren en Marburg reveló un proceso de dos pasos en el que una fina astilla del vidrio más cercano al ánodo, llamada capa de agotamiento, se vuelve mucho más resistente a la corriente eléctrica que el resto del vidrio a medida que los iones alcalinos en el vidrio se alejanA esto le sigue un cambio catastrófico en la capa, conocido como ruptura dieléctrica, que aumenta drásticamente su conductividad. McLaren compara el proceso de ruptura dieléctrica con una avalancha de alta velocidad, y utiliza el análisis espectroscópico con pulido electrotérmico como una forma deVea lo que está sucediendo en cámara lenta.
"Los resultados en Alemania nos dieron un muy buen modelo para lo que está sucediendo en el campo eléctrico inducido por el ablandamiento que hicimos aquí. Nos informó sobre las condiciones de inicio para comenzar el colapso dieléctrico", explicó McLaren.
"El trabajo de Charlie en Marburg nos ha ayudado a ver la cinética del proceso", dijo Jain. "Podríamos ver que sucede abruptamente en nuestros experimentos aquí en Lehigh, pero ahora tenemos una manera de separar lo que ocurre específicamente con el agotamiento".capa."
McLaren, Jain, Roling y los miembros de su equipo de Marburg publicaron sus hallazgos en la edición de septiembre de 2016 del Revista de la Sociedad Electroquímica .
"El viaje a Marburg fue increíblemente útil profesionalmente y esclarecedor personalmente", dijo McLaren. "Científicamente, siempre es bueno ver su trabajo desde otro punto de vista, y ver cómo otros grupos de investigación interpretan los datos o realizan experimentos. El grupo en Marburg fueextremadamente trabajador, lo que me encantó, y se apoyaron mucho el uno al otro. Si alguien presentaba un documento, todo el grupo celebraría una barbacoa para celebrar, y siempre se retroalimentaban mutuamente sobre su trabajo. A veces era brutalmente honesto:no se detuvieron, pero eran cosas que necesitabas escuchar "
"Trabajar en Marburg también me enseñó cómo interactuar con un grupo de personas completamente diferente", continuó, "y ves las diferencias en tu propia cultura mejor cuando tienes la oportunidad de ver otras culturas de cerca. Siempre es algo nuevoperspectiva."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Lehigh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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