Tin tức Vũ trụ TV

Phương pháp cực nhanh cho sản xuất gốm có thể mở ra cơ hội khám phá vật liệu dựa trên AI

Ngày:
Th5 01, 2020
Tóm lược:

Các nhà khoa học đã phát minh lại quy trình sản xuất 26.000 năm tuổi thành một cách tiếp cận sáng tạo để chế tạo vật liệu gốm có ứng dụng đầy hứa hẹn cho pin trạng thái rắn, pin nhiên liệu, công nghệ in 3D và hơn thế nữa.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Hình ảnh kỹ thuật số của quá trình thiêu kết UHS cho viên gốm. Tín dụng: Nhóm của Liangbing Hu tại Đại học Maryland, College Park
Hình ảnh kỹ thuật số của quá trình thiêu kết UHS cho viên gốm.
Tín dụng: Nhóm của Liangbing Hu tại Đại học Maryland, College Park

Các nhà khoa học thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu (MSE) của Đại học Maryland đã phát minh lại quy trình sản xuất 26.000 năm tuổi thành một cách tiếp cận sáng tạo để chế tạo vật liệu gốm có ứng dụng hứa hẹn cho pin trạng thái rắn, pin nhiên liệu , Công nghệ in 3D và hơn thế nữa.

Gốm được sử dụng rộng rãi trong pin, điện tử và môi trường khắc nghiệt – nhưng thiêu kết gốm thông thường (một phần của quá trình nung được sử dụng trong sản xuất vật thể gốm) thường đòi hỏi nhiều giờ xử lý. Để vượt qua thách thức này, một nhóm nghiên cứu Maryland đã phát minh ra một phương pháp thiêu kết nhiệt độ cao cực nhanh, vừa đáp ứng nhu cầu của gốm sứ hiện đại vừa thúc đẩy sự khám phá những sáng tạo vật liệu mới.

Nghiên cứu dẫn đầu bởi Liangbing Hu, Herbert Rabin, Giáo sư xuất sắc của Trường Kỹ thuật A. James Clark và giám đốc Trung tâm Đổi mới Vật liệu tại UMD đã được công bố trên trang bìa Khoa học ngày 1 tháng 5 . Chengwei Wang, một nhà khoa học nghiên cứu trợ lý trong nhóm của Hu, là tác giả đầu tiên của nghiên cứu.

Kỹ thuật thiêu kết thông thường đòi hỏi thời gian xử lý lâu – phải mất hàng giờ để lò nung nóng, sau đó vài giờ nữa để ‘nướng’ vật liệu gốm – đặc biệt có vấn đề trong việc phát triển chất điện phân cho pin trạng thái rắn. Các công nghệ thiêu kết thay thế (như thiêu kết có hỗ trợ vi sóng, thiêu kết tia lửa plasma và thiêu kết flash) bị hạn chế vì nhiều lý do, thường là vì chúng đặc trưng cho vật liệu và / hoặc đắt tiền.

Quá trình thiêu kết nhiệt độ cao cực nhanh là một cách tiếp cận sáng tạo để chế tạo vật liệu gốm được phát triển bởi các kỹ sư UMD.
Quá trình thiêu kết nhiệt độ cao cực nhanh là một cách tiếp cận sáng tạo để chế tạo vật liệu gốm được phát triển bởi các kỹ sư UMD.

Phương pháp thiêu kết nhiệt độ cao cực nhanh của nhóm Maryland cung cấp nhiệt độ cao và tốc độ làm mát cao, phân bố nhiệt độ đồng đều và nhiệt độ thiêu kết lên tới 3.000 độ C. Kết hợp lại, các quy trình này đòi hỏi ít hơn 10 giây trong tổng thời gian xử lý – nhanh hơn 1.000 lần so với phương pháp thiêu kết truyền thống.

“Với phát minh này, chúng tôi đã” kẹp “một viên bột gốm tiền chất màu xanh lá cây ép giữa hai dải carbon nhanh chóng làm nóng viên qua bức xạ và dẫn điện, tạo ra một môi trường nhiệt độ cao nhất quán buộc bột gốm phải đông cứng nhanh chóng,” Hu chia sẻ. “Nhiệt độ đủ cao để thiêu kết về cơ bản bất kỳ vật liệu gốm nào. Quá trình được cấp bằng sáng chế này có thể được mở rộng sang các màng khác ngoài gốm.”

Nghiên cứu được thực hiện thông qua sự hợp tác chặt chẽ với Yifei Mo (phó giáo sư, UMD), JC Zhao (giáo sư và chủ tịch bộ phận, UMD), Howard Wang (giáo sư nghiên cứu, UMD), Jian Luo (giáo sư, UC San Diego), Xiaoyu Zheng (trợ lý giáo sư, UCLA), và Bruce Dunn (giáo sư và chủ tịch bộ phận, UCLA).

Quá trình thiêu kết nhiệt độ cao cực nhanh thể hiện sự đột phá trong công nghệ thiêu kết cực nhanh, không chỉ vì khả năng ứng dụng chung của nó vào một loạt các vật liệu chức năng mà còn do tiềm năng lớn của việc tạo ra các vật liệu khối không cân bằng thông qua việc giữ lại hoặc tạo ra các khuyết tật bổ sung.

Hình ảnh tiêu biểu của các viên gốm thiêu kết UHS. Tín dụng: Nhóm của Liangbing Hu tại Đại học Maryland, College Park
Hình ảnh tiêu biểu của các viên gốm thiêu kết UHS.
Tín dụng: Nhóm của Liangbing Hu tại Đại học Maryland, College Park

Công nghệ thiêu kết nhanh đang được thương mại hóa thông qua HighT-Tech LLC, một công ty spinoff UMD tập trung vào một loạt các công nghệ nhiệt độ cao.

Phương pháp mới này giải quyết vấn đề thắt cổ chai quan trọng trong tính toán và phát hiện vật liệu hướng dẫn AI. Các nhà khoa học đã kích hoạt một mô hình mới cho khám phá vật liệu với tốc độ tăng tốc chưa từng thấy.

Họ rất vui khi thấy thời gian nhiệt phân giảm từ hàng chục giờ xuống còn vài giây, bảo tồn các cấu trúc in 3D tốt sau khi thiêu kết nhanh.


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Maryland . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. Chengwei Wang, Weiwei Ping, Qiang Bai, Huachen Cui, Ryan Hensleigh, Ruiliu Wang, Alexandra H. Brozena, Zhenpeng Xu, Jiaqi Dai, Yong Pei, Chaolun Zheng, Glenn Pastel, Jinlong Gao, Xizheng Wang, Howard Wang, Ji-Cheng Zhao, Bao Yang, Xiaoyu (rayne) Zheng, Jian Luo, Yifei Mo, Bruce Dunn, Liangbing Hu. Một phương pháp chung để tổng hợp và thiêu kết gốm số lượng lớn trong vài giây . Khoa học , 2020 DOI: 10.1126 / khoa.aaz7681

Bài viết liên quan

Bài viết mới