Los textiles cerámicos, las palas mejoradas de los motores a reacción, las cerámicas impresas en 3D y las mejores baterías pueden convertirse en realidad pronto, gracias a un polímero recientemente patentado de un ingeniero de la Universidad del Estado de Kansas.
Utilizando cinco ingredientes - silicio, boro, carbono, nitrógeno e hidrógeno - Gurpreet Singh, Harold O. y Jane C. Massey Neff, profesor asociado de ingeniería mecánica y nuclear, ha creado un polímero líquido que puede transformarse en una cerámica convaliosas propiedades térmicas, ópticas y electrónicas. El polímero acuoso, que se convierte en una cerámica cuando se calienta, también puede ser producido en masa.
"Este polímero es un material útil que realmente funciona", dijo Singh. "De todos los materiales que hemos investigado en los últimos cinco años, este material es el más prometedor. Ahora podemos pensar en usar cerámica donde nunca podríaincluso imagina ".
Singh es el inventor principal de la patente, "Silazanos modificados con boro para la síntesis de cerámicas SiBNC". Romil Bhandavat, doctorado en ingeniería mecánica en 2013, es co-inventor.
Los ingenieros desarrollaron el polímero transparente que se parece al agua y tiene la misma densidad y viscosidad que el agua, a diferencia de otros polímeros que contienen silicio y boro.
"Hemos creado un líquido que permanece líquido a temperatura ambiente y tiene una vida útil más larga que otros polímeros de SiBNC", dijo Singh. "Pero cuando calienta nuestro polímero, se somete a una transición de líquido a sólido. Este polímero líquido transparentepuede transformarse en una cerámica muy negra y cristalina "
Las cerámicas son valiosas porque resisten temperaturas extremas y se utilizan para una variedad de materiales, incluidas bujías, motores a reacción, hornos de alta temperatura o incluso materiales de exploración espacial.
Como polímero precerámico, Singh dijo que el material líquido tiene varias propiedades importantes.
• El polímero es de baja densidad y puede crear cerámicas ligeras en lugar de las cerámicas pesadas habituales.
• El polímero es escalable y puede producirse en masa en gramos o kilogramos.
• La cerámica derivada de este polímero puede sobrevivir a temperaturas extremas de hasta aproximadamente 1,700 grados Celsius. Sin embargo, la cerámica tiene una densidad de masa tres a seis veces menor que la de otras cerámicas de temperatura ultra alta, como el boruro de circonio y el carburo de hafnio.
• El polímero puede producir fibras cerámicas. Si el polímero se calienta a aproximadamente 50 a 100 grados Celsius, se convierte en un gel similar al jarabe o la miel. Durante este estado de gel, el polímero se puede tirar en cuerdas o fibras para crear cerámicatextiles o malla de cerámica.
• El polímero líquido tiene flexibilidad de procesamiento. Se puede verter en moldes y calentar para crear formas cerámicas complejas con precisión.
• Debido a que el polímero es un líquido, es pulverizable o puede usarse como pintura para hacer recubrimientos cerámicos. La cerámica puede proteger los materiales debajo o puede crear maquinaria más eficiente que funcione en entornos de alta temperatura, como turbinas de vapor ocuchillas para motores a reacción. El polímero también se puede utilizar para la impresión en 3D de piezas de cerámica con una impresora SLA de sobremesa.
• Cuando se combina con nanotubos de carbono, el polímero tiene aún más aplicaciones. Puede crear un material negro que puede absorber toda la luz, incluso la luz ultravioleta e infrarroja, sin sufrir daños. El nanomaterial combinado puede soportar un calor extremo de 15,000 vatiospor centímetro cuadrado, que es aproximadamente 10 veces más calor que una boquilla de cohete.
• El polímero podría usarse para producir cerámica con conductividad eléctrica sintonizable desde aislante o semiconductor.
• La presencia de silicio y carbono similar al grafeno en la cerámica puede mejorar los electrodos para las baterías de iones de litio.
• La cerámica derivada de este polímero tiene una estructura aleatoria que generalmente no se observa en la cerámica tradicional. El silicio en las cerámicas se une al nitrógeno y al carbono pero no al boro; el boro se une al nitrógeno pero no al carbono; y el carbono se une a otro carbonopara formar cuerdas en forma de grafeno. Esta estructura única proporciona estabilidad a altas temperaturas al retrasar la reacción con el oxígeno.
"A menudo, los investigadores solo han analizado las propiedades de alta temperatura", dijo Singh. "Estamos entre los pocos que analizaron otras propiedades, como las propiedades electrónicas, electroquímicas, térmicas y ópticas, y expusieron estas propiedadesen este material "
La investigación de Singh ha sido apoyada por el equipo de radiometría del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y la National Science Foundation. Continúa investigando las posibilidades del polímero para fabricar fibras cerámicas e incluso electrodos de batería.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Kansas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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