Los compuestos hechos de materiales inorgánicos de autoensamblaje se valoran por su resistencia única y sus propiedades térmicas, ópticas y magnéticas. Sin embargo, debido a que el autoensamblaje puede ser difícil de controlar, las estructuras formadas pueden estar muy desordenadas y provocar defectos durante grandesproducción a escala. Investigadores de la Universidad de Illinois y la Universidad de Michigan han desarrollado una técnica de plantilla que infunde un mayor orden y da lugar a nuevas estructuras 3D en una clase especial de materiales, llamados eutécticos, para formar nuevos materiales de alto rendimiento.
Los resultados del estudio colaborativo se publican en la revista Naturaleza .
Los materiales eutécticos contienen elementos y compuestos que tienen diferentes temperaturas de fusión y solidificación. Sin embargo, cuando se combinan, el compuesto formado tiene temperaturas de fusión y congelación únicas, como cuando la sal y el agua se combinan para formar salmuera, que se congela a una temperatura más baja que el aguao sal sola, dijeron los investigadores. Cuando un líquido eutéctico se solidifica, los componentes individuales se separan, formando una estructura cohesiva, más comúnmente en forma de capas. El hecho de que los materiales eutécticos se autoensamblen en compuestos los hace muy deseables para muchas tecnologías modernas, que van desde álabes de turbina de alto rendimiento hasta aleaciones de soldadura.
"Tener un solo punto de fusión tiene ventajas en el procesamiento de materiales compuestos", dijo Paul Braun, profesor de ciencia e ingeniería de materiales y director del Laboratorio de Investigación de Materiales de la U. de I., que dirigió el proyecto ". En lugar dedepositando capas de material individualmente, comenzamos con un líquido que se autoensambla a medida que se solidifica. Esto puede acelerar la producción y nos permite hacer grandes volúmenes a la vez ".
Sin embargo, el autoensamblaje puede provocar problemas, dijo, ya que su naturaleza incontrolada puede formar defectos.
"La plantilla es una práctica común utilizada en el procesamiento de polímeros orgánicos", dijo Ashish Kulkarni, un estudiante graduado de Illinois y el primer autor del estudio. "Sin embargo, no es algo que se haya explorado en el procesamiento de materiales inorgánicos porque las microestructuras inorgánicas sonmás rígido y más difícil de controlar "
Para demostrar este proceso en el laboratorio, el equipo creó plantillas con pequeños postes dispuestos en formas hexagonales para controlar la resolidificación de una masa fundida que contiene cloruro de plata y cloruro de potasio, un material eutéctico que naturalmente forma capas a medida que se enfría.
"Si no se controla, las únicas microestructuras que formará este sistema son capas", dijo Katsuyo Thornton, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en Michigan, quien realizó simulaciones por computadora con el estudiante graduado Erik Hanson, ambos coautores del estudio"Podemos variar la velocidad de enfriamiento para hacer que las capas sean más gruesas o más delgadas, pero el patrón permanece igual. Al agregar una plantilla alrededor de la cual el líquido se solidifica, esperamos que surjan nuevos patrones".
El equipo descubrió que a medida que la plata y el cloruro de potasio se derriten para solidificarse alrededor de las plantillas de forma hexagonal, los postes se interponen en el camino de la formación de la capa y producen un compuesto con una serie de microestructuras cuadradas, triangulares y en forma de panal en su lugar- los detalles de la estructura dependiendo de la distancia entre las publicaciones en la plantilla.
"La naturaleza repetitiva de estas plantillas y estructuras recién formadas reduce las posibilidades de que se formen defectos", dijo Braun. "Entonces, no solo formamos nuevas microestructuras emocionantes, sino que también redujimos el número de defectos en el material compuesto resultante"
Los investigadores explorarán cómo las nuevas microestructuras influyen en las propiedades físicas de una amplia gama de materiales eutécticos.
"Los materiales que utilizamos en nuestros experimentos son transparentes, por lo que la primera dirección para dirigirnos podría ser explorar materiales ópticos, y hay mucho potencial en el área de los cristales fotónicos", dijo Braun. "Todavía estamoslejos de la aplicación real, pero las posibilidades son abundantes "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Oficina de Noticias . Original escrito por Lois Yoksoulian. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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