Gli scienziati del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali (MSE) dell'Università del Maryland (UMD) hanno reinventato un 26, processo di produzione di 000 anni in un approccio innovativo alla fabbricazione di materiali ceramici che ha applicazioni promettenti per batterie a stato solido, celle a combustibile, Tecnologie di stampa 3D, e oltre.

La ceramica è ampiamente utilizzata nelle batterie, elettronica, e ambienti estremi, ma la sinterizzazione della ceramica convenzionale (parte del processo di cottura utilizzato nella produzione di oggetti in ceramica) spesso richiede ore di tempo di lavorazione. Per vincere questa sfida, un team di ricerca del Maryland ha inventato un metodo di sinterizzazione ultrarapido ad alta temperatura che soddisfa le esigenze della ceramica moderna e favorisce la scoperta di nuove innovazioni nei materiali.

Lo studio, guidato da Liangbing Hu, Herbert Rabin Distinguished Professor della A. James Clark School of Engineering e direttore del Center for Materials Innovation presso UMD, è stato pubblicato sulla copertina del 1 maggio di Scienza . Chengwei Wang, un assistente ricercatore nel gruppo di Hu, è stato il primo autore dello studio.

Le tecniche di sinterizzazione convenzionali richiedono un lungo tempo di lavorazione:occorrono ore perché un forno si riscaldi, poi diverse ore in più per "cuocere" il materiale ceramico, particolarmente problematico nello sviluppo di elettroliti per batterie a stato solido. Tecnologie di sinterizzazione alternative (come la sinterizzazione assistita da microonde, sinterizzazione al plasma a scintilla, e sinterizzazione flash) sono limitati per una serie di motivi, spesso perché sono specifici del materiale e/o costosi.

Il nuovo metodo di sinterizzazione ultrarapida ad alta temperatura del team del Maryland offre elevate velocità di riscaldamento e raffreddamento, una distribuzione uniforme della temperatura, e temperature di sinterizzazione fino a 3, 000 gradi Celsius. Combinato, questi processi richiedono meno di 10 secondi di tempo di elaborazione totale, più di 1, 000 volte più veloce dell'approccio tradizionale della sinterizzazione in forno.

"Con questa invenzione, abbiamo "interposto" un pellet verde pressato di polveri precursori ceramiche tra due strisce di carbonio che hanno riscaldato rapidamente il pellet attraverso radiazione e conduzione, creando un ambiente ad alta temperatura coerente che ha costretto la polvere di ceramica a solidificarsi rapidamente, " Hu ha detto. "La temperatura è abbastanza alta da sinterizzare praticamente qualsiasi materiale ceramico. Questo processo brevettato può essere esteso ad altre membrane oltre alla ceramica."

Lo studio è stato condotto in stretta collaborazione con Yifei Mo (professore associato, UMD), J.C Zhao (professore e presidente di dipartimento, UMD), Howard Wang (professore di ricerca in visita, UMD), Jian Luo (professore, UC San Diego), Xiaoyu Zheng (assistente professore, UCLA), e Bruce Dunn (professore e presidente di dipartimento, UCLA).

"La sinterizzazione ultrarapida ad alta temperatura rappresenta una svolta nelle tecnologie di sinterizzazione ultraveloce, non solo per la sua applicabilità generale a un'ampia gamma di materiali funzionali, ma anche a causa di un grande potenziale di creazione di materiali sfusi non in equilibrio trattenendo o generando ulteriori difetti, " disse Luo.

La tecnologia di sinterizzazione rapida viene commercializzata tramite HighT-Tech LLC, una società spin-off di UMD con un focus su una gamma di tecnologie ad alta temperatura.

"Questo nuovo metodo risolve il problema chiave del collo di bottiglia nel calcolo e nella scoperta di materiali guidati dall'intelligenza artificiale, " ha affermato Mo. "Abbiamo creato un nuovo paradigma per la scoperta dei materiali con un ritmo accelerato senza precedenti".

"Siamo lieti di vedere il tempo di pirolisi ridotto da decine di ore a pochi secondi, preservando le fini strutture stampate in 3D dopo una rapida sinterizzazione, " ha detto Zheng.