FAMU

Por: Trisha Radulovich | Publicado:14 de febrero de 2023 | 15:26 | COMPARTIR:

Un equipo de investigadores de la Facultad de Ingeniería de FAMU-FSU en el Instituto de Materiales de Alto Rendimiento está explorando los límites térmicos de los nanomateriales avanzados, un trabajo que podría tener un impacto directo en los sistemas de administración de medicamentos, la electrónica, los viajes espaciales y otras aplicaciones.

El equipo de investigación, dirigido por la profesora adjunta de ingeniería industrial y de fabricación Rebekah Sweat, completó el primer estudio sobre cómo los nanotubos de nitruro de boro purificados permanecen estables en temperaturas extremas en entornos inertes.

Su trabajo fue publicado en la revista Applied Nano Materials.

Los nanotubos de nitruro de boro, o BNNT, son más fuertes y resistentes a las altas temperaturas que los nanotubos de carbono. Al igual que sus primos de carbono, son estructuras medidas en nanómetros, una longitud equivalente a una milmillonésima parte de un metro.

Pero fabricar estos materiales es un desafío. Los métodos actuales para los BNNT son más nuevos y aún no producen las mismas cantidades que los métodos ideados para los nanotubos de carbono. Por eso es importante aprender más sobre cómo funcionan.

Los investigadores descubrieron que los BNNT son completamente estables hasta 1800°C en un ambiente inerte, la atmósfera químicamente inactiva en la que se fabrican. También aprendieron que los BNNT pueden soportar temperaturas de 2200°C durante períodos cortos sin perder las propiedades mecánicas que los hacen tan efectivos.

"Esta investigación trata de descubrir una propiedad que es increíblemente útil para el futuro", dijo Sweat. “Tenemos un conocimiento más sólido de cómo se comportan los BNNT, cuándo y cómo fallan térmicamente, porque todos los materiales tienen limitaciones. Hemos cambiado la forma en que fabricamos este tipo de compuestos para utilizar mejor sus propiedades”.

Las aplicaciones potenciales para estos materiales compuestos ligeros y resistentes son numerosas. Cualquier cosa que se caliente, como una turbina o un motor, podría usarlos para funcionar en un ambiente de alta temperatura. Son conductores térmicos, lo que significa que difunden el calor rápidamente y su estabilidad mecánica ofrece un refuerzo estructural.

Los BNNT son particularmente prometedores para su uso en la exploración espacial. Su capacidad para conducir calor, aislar corriente eléctrica y bloquear la radiación podría usarse en vehículos espaciales o naves espaciales durante el reingreso a la atmósfera terrestre. Esas mismas propiedades también los hacen útiles para la electrónica de alto rendimiento.

"Comprender el comportamiento de estos nanotubos a altas temperaturas es crucial para crear materiales que puedan soportar condiciones extremas, tanto en la fabricación como en su uso final", afirma el autor principal y estudiante de doctorado Mehul Tank. "A medida que comprendamos mejor cómo funcionan en estas condiciones, podremos desarrollar una mejor fabricación de compuestos que empleen matrices de procesamiento a alta temperatura, como cerámicas y metales".

Este trabajo fue financiado parcialmente por una subvención obtenida del Programa de Inversión en Comercialización GAP de FSU, un evento organizado por la Oficina de Comercialización para ayudar a transformar la investigación académica en posibles proyectos comerciales. La financiación que Sweat recibió en 2022 a través del proceso de solicitud competitiva de la Oficina de Comercialización apoyó la fase de este trabajo que descubrió las temperaturas de procesamiento para compuestos de matriz cerámica BNNT que es el enfoque del proyecto GAP.

Además de la financiación de GAP, este estudio también recibió apoyo a través de una asociación con la empresa BNNT Materials, con sede en Virginia. La empresa sintetiza BNNT y trabajó con investigadores de la Universidad Estatal de Florida para descubrir cómo los nanotubos sobrevivieron a las altas temperaturas y cómo se comportarán las diferentes químicas.

"GAP ha ayudado a mi equipo a explorar nuevas vías y ha fomentado la colaboración para hacer avanzar este trabajo", dijo Sweat. "El proceso de solicitud y el énfasis en traducir la investigación del laboratorio a materiales que sean relevantes para la industria ayuda a centrar nuestra investigación en tecnologías emergentes interesantes".

Los investigadores Aspen Reyes, Jin Gyu Park y Ana De Leon de la Facultad de Ingeniería FAMU-FSU, y Lyndsey Scammell y Michael Smith de BNNT Materials contribuyeron a este estudio.