• Home
  • Chimica
  • Astronomia
  • Energia
  • Natura
  • Biologia
  • Fisica
  • Elettronica
  •  science >> Scienza >  >> Chimica
    Ingegnere brevetta un polimero simile all'acqua per creare ceramiche ad alta temperatura

    Questo grafico mostra la struttura di una ceramica creata da un polimero simile all'acqua brevettato dalla Kansas State University. La ceramica ha una struttura casuale che fornisce stabilità alle alte temperature. Il silicio nella ceramica si lega all'azoto e al carbonio ma non al boro; il boro si lega all'azoto ma non al carbonio; e il carbonio si lega a un altro carbonio per formare stringhe simili al grafene. Credito:Kansas State University

    Tessuti in ceramica, lame migliorate del motore a reazione, Ceramiche stampate in 3D e batterie migliori potrebbero presto diventare realtà, grazie a un polimero recentemente brevettato da un ingegnere della Kansas State University.

    Utilizzando cinque ingredienti:silicio, boro, carbonio, azoto e idrogeno—Gurpreet Singh, Harold O. e Jane C. Massey Neff professore associato di ingegneria meccanica e nucleare, ha creato un polimero liquido in grado di trasformarsi in una ceramica con pregiate proprietà termiche, proprietà ottiche ed elettroniche. Il polimero simile all'acqua, che diventa una ceramica quando riscaldata, può anche essere prodotto in serie.

    "Questo polimero è un materiale utile che funziona davvero, " Ha detto Singh. "Di tutti i materiali che abbiamo ricercato negli ultimi cinque anni, questo materiale è il più promettente. Ora possiamo pensare di usare la ceramica dove non potresti nemmeno immaginare".

    Singh è il principale inventore del brevetto, "Silazani modificati con boro per la sintesi di ceramiche SiBNC". Romil Bhandavat, 2013 dottore di ricerca in ingegneria meccanica, è un co-inventore.

    Gli ingegneri hanno sviluppato il polimero trasparente che assomiglia all'acqua e ha la stessa densità e viscosità dell'acqua, a differenza di altri polimeri contenenti silicio e boro.

    "Abbiamo creato un liquido che rimane liquido a temperatura ambiente e ha una durata di conservazione più lunga rispetto ad altri polimeri SiBNC, " Disse Singh. "Ma quando riscaldi il nostro polimero, subisce una transizione da liquido a solido. Questo polimero liquido trasparente può trasformarsi in un nero molto, ceramica simile al vetro."

    Le ceramiche sono preziose perché resistono a temperature estreme e vengono utilizzate per una varietà di materiali, comprese le candele, motori jet, forni ad alta temperatura o anche materiali per l'esplorazione dello spazio.

    Questi barattoli mostrano variazioni di un polimero liquido brevettato dalla Kansas State University che assomiglia all'acqua e ha la stessa densità e viscosità dell'acqua. Il polimero diventa una ceramica quando riscaldato e può essere prodotto in serie. Credito:Kansas State University

    Come polimero preceramico, Singh ha affermato che il materiale liquido ha diverse proprietà importanti.

    • Il polimero è a bassa densità e può creare ceramiche leggere invece delle solite ceramiche pesanti.
    • Il polimero è scalabile e può essere prodotto in serie in grammi o chilogrammi.
    • La ceramica derivata da questo polimero può sopravvivere a temperature estreme fino a circa 1, 700 gradi Celsius. Eppure la ceramica ha una densità di massa da tre a sei volte inferiore a quella di altre ceramiche per temperature ultra elevate, come boruro di zirconio e carburo di afnio.
    • Il polimero può produrre fibre ceramiche. Se il polimero viene riscaldato a circa 50-100 gradi Celsius, diventa un gel simile allo sciroppo o al miele. Durante questo stato di gel, il polimero può essere tirato in fili o fibre per creare tessuti ceramici o reti ceramiche.
    • Il polimero liquido ha flessibilità di lavorazione. Può essere versato negli stampi e riscaldato per realizzare con precisione forme ceramiche complesse.
    • Poiché il polimero è un liquido, è spruzzabile o può essere utilizzato come vernice per realizzare rivestimenti ceramici. La ceramica può proteggere i materiali sottostanti o può creare macchinari più efficienti che lavorano in ambienti ad alta temperatura, come turbine a vapore o pale di motori a reazione. Il polimero può anche essere utilizzato per la stampa 3D di parti in ceramica utilizzando una stampante SLA da banco.
    • Quando combinato con nanotubi di carbonio, il polimero ha ancora più applicazioni. Può creare un materiale nero in grado di assorbire tutta la luce, anche la luce ultravioletta e infrarossa, senza danneggiarsi. Il nanomateriale combinato può resistere a un calore estremo di 15, 000 watt per centimetro quadrato, che è circa 10 volte più calore di un ugello di razzo.
    • Il polimero potrebbe essere utilizzato per produrre ceramiche con conduttività elettrica sintonizzabile che vanno dall'isolante o semiconduttore.
    • La presenza di silicio e carbonio simile al grafene nella ceramica può migliorare gli elettrodi per le batterie agli ioni di litio.
    • La ceramica derivata da questo polimero ha una struttura casuale che generalmente non si osserva nelle ceramiche tradizionali. Il silicio nella ceramica si lega all'azoto e al carbonio ma non al boro; il boro si lega all'azoto ma non al carbonio; e il carbonio si lega a un altro carbonio per formare stringhe simili al grafene. Questa struttura unica fornisce stabilità ad alta temperatura ritardando la reazione con l'ossigeno.

    "Spesso, i ricercatori hanno esaminato solo le proprietà ad alta temperatura, "Singh ha detto. "Siamo tra i pochi che hanno esaminato altre proprietà, come l'elettronica, elettrochimico, proprietà termiche e ottiche e ha esposto queste proprietà in questo materiale".

    La ricerca di Singh è stata supportata dal team di radiometria del National Institute of Standards and Technology e dalla National Science Foundation. Sta continuando a ricercare le possibilità del polimero per produrre fibre ceramiche e persino elettrodi per batterie.

    Il brevetto è stato rilasciato alla Kansas State University Research Foundation, una società senza scopo di lucro responsabile della gestione delle attività di trasferimento tecnologico all'università.


    © Scienza https://it.scienceaq.com