Des scientifiques du département des sciences et de l'ingénierie des matériaux (MSE) de l'Université du Maryland (UMD) ont réinventé un 26, processus de fabrication vieux de 000 ans en une approche innovante de la fabrication de matériaux céramiques qui a des applications prometteuses pour les batteries à semi-conducteurs, réservoirs de carburant, Technologie d'impression 3D, et au-delà.

Les céramiques sont largement utilisées dans les batteries, électronique, et les environnements extrêmes, mais le frittage céramique conventionnel (partie du processus de cuisson utilisé dans la fabrication d'objets en céramique) nécessite souvent des heures de traitement. Pour surmonter ce défi, une équipe de recherche du Maryland a inventé une méthode de frittage ultrarapide à haute température qui répond à la fois aux besoins des céramiques modernes et favorise la découverte de nouvelles innovations en matière de matériaux.

L'étude, dirigé par Liangbing Hu, Herbert Rabin Distinguished Professor de la A. James Clark School of Engineering et directeur du Center for Materials Innovation de l'UMD, a été publié sur la couverture du 1er mai de Science . Chengwei Wang, un chercheur assistant dans le groupe de Hu, a été le premier auteur de l'étude.

Les techniques de frittage conventionnelles nécessitent un temps de traitement long - il faut des heures pour qu'un four se réchauffe, puis plusieurs heures de plus pour « cuire » le matériau céramique, ce qui est particulièrement problématique dans le développement d'électrolytes pour batteries à semi-conducteurs. Les technologies de frittage alternatives (telles que le frittage assisté par micro-ondes, frittage de plasma d'étincelle, et frittage flash) sont limités pour diverses raisons, souvent parce qu'ils sont spécifiques au matériau et/ou coûteux.

La nouvelle méthode de frittage ultrarapide à haute température de l'équipe du Maryland offre des vitesses de chauffage et de refroidissement élevées, une répartition homogène de la température, et des températures de frittage jusqu'à 3, 000 degrés Celsius. Combiné, ces processus nécessitent moins de 10 secondes de temps de traitement total - plus de 1, 000 fois plus rapide que l'approche traditionnelle du four de frittage.

"Avec cette invention, nous avons pris en sandwich une pastille verte pressée de poudres précurseurs de céramique entre deux bandes de carbone qui ont rapidement chauffé la pastille par rayonnement et conduction, créer un environnement à haute température constant qui a forcé la poudre de céramique à se solidifier rapidement, " Hu a dit. " La température est suffisamment élevée pour fritter pratiquement n'importe quel matériau céramique. Ce procédé breveté peut être étendu à d'autres membranes au-delà de la céramique."

L'étude a été menée en étroite collaboration avec Yifei Mo (professeur agrégé, UMD), J.C Zhao (professeur et directeur de département, UMD), Howard Wang (professeur de recherche invité, UMD), Jian Luo (professeur, UC San Diego), Xiaoyu Zheng (professeur adjoint, UCLA), et Bruce Dunn (professeur et directeur de département, UCLA).

"Le frittage ultrarapide à haute température représente une percée dans les technologies de frittage ultrarapide, non seulement en raison de son applicabilité générale à une large gamme de matériaux fonctionnels, mais aussi en raison d'un grand potentiel de création de matériaux en vrac hors d'équilibre en retenant ou en générant des défauts supplémentaires, " dit Luo.

La technologie de frittage rapide est commercialisée par HighT-Tech LLC, une entreprise dérivée de l'UMD qui se concentre sur une gamme de technologies à haute température.

"Cette nouvelle méthode résout le problème clé du goulot d'étranglement dans le calcul et la découverte de matériaux guidée par l'IA, " a déclaré Mo. " Nous avons permis un nouveau paradigme pour la découverte de matériaux avec un rythme accéléré sans précédent. "

« Nous sommes ravis de voir le temps de pyrolyse passer de quelques dizaines d'heures à quelques secondes, préserver les fines structures imprimées en 3D après un frittage rapide, " a déclaré Zheng.