Superhurtig metode til keramisk fremstilling kunne åbne døren til AI-drevet materialefund

Forskere ved University of Maryland (UMD) 's Department of Materials Science and Engineering (MSE) har genopfundet en 26, 000 år gammel fremstillingsproces til en innovativ tilgang til fremstilling af keramiske materialer, der har lovende anvendelser til solid-state batterier, brændstofceller, 3D-udskrivningsteknologier, og videre.

Keramik bruges meget i batterier, elektronik, og ekstreme miljøer - men konventionel keramisk sintring (en del af fyringsprocessen, der bruges til fremstilling af keramiske genstande) kræver ofte timers behandlingstid. For at overvinde denne udfordring, et Maryland-forskerteam har opfundet en ultrahurtig sintringsmetode ved høj temperatur, der både imødekommer behovene i moderne keramik og fremmer opdagelsen af ​​nye materielle innovationer.

Studiet, ledet af Liangbing Hu, Herbert Rabin Fremtrædende professor ved A. James Clark School of Engineering og direktør for Center for Materials Innovation ved UMD, blev udgivet på 1. maj forsiden af Videnskab . Chengwei Wang, en assisterende forsker i Hu's gruppe, fungerede som første forfatter på undersøgelsen.

Konventionelle sintringsteknikker kræver lang behandlingstid - det tager timer, før en ovn bliver varm, derefter flere timer mere til at 'bage' det keramiske materiale-hvilket er særligt problematisk i udviklingen af ​​elektrolytter til solid-state batterier. Alternative sintringsteknologier (såsom mikrobølge-assisteret sintring, sintring af plasma og flash sintring) er begrænset af forskellige årsager, ofte fordi de er materialespecifikke og/eller dyre.

Maryland-teamets nye metode til ultrahurtig sintring ved høj temperatur tilbyder høj varme og høje kølehastigheder, en jævn temperaturfordeling, og sintringstemperaturer på op til 3, 000 grader Celsius. Kombineret, disse processer kræver mindre end 10 sekunders samlet behandlingstid - mere end 1, 000 gange hurtigere end den traditionelle ovnsmetode ved sintring.

"Med denne opfindelse, vi 'sandwichede' en presset grøn pellet af keramiske forstadiepulvere mellem to strimler kulstof, der hurtigt opvarmede pelleten gennem stråling og ledning, skabe et konsistent miljø med høj temperatur, der tvang det keramiske pulver til at størkne hurtigt, "Sagde Hu." Temperaturen er høj nok til at sintre stort set ethvert keramisk materiale. Denne patenterede proces kan udvides til at omfatte andre membraner ud over keramik. "

Undersøgelsen blev gennemført i tæt samarbejde med Yifei Mo (lektor, UMD), J.C Zhao (professor og afdelingsformand, UMD), Howard Wang (gæsteforsker, UMD), Jian Luo (professor, UC San Diego), Xiaoyu Zheng (adjunkt, UCLA), og Bruce Dunn (professor og afdelingsformand, UCLA).

"Ultrahurtig sintring ved høj temperatur repræsenterer et gennembrud inden for ultrahurtige sintringsteknologier, ikke kun på grund af dets generelle anvendelighed på en bred vifte af funktionelle materialer, men også på grund af et stort potentiale for at skabe ikke-ligevægtsmaterialer ved at fastholde eller generere ekstra defekter, "sagde Luo.

Den hurtige sintringsteknologi kommercialiseres gennem HighT-Tech LLC, en UMD spinoff virksomhed med fokus på en række høj temperatur teknologier.

"Denne nye metode løser det centrale flaskehalsproblem i beregning og AI-styret materialefund, "sagde Mo." Vi har aktiveret et nyt paradigme for opdagelse af materialer med et hidtil uset accelereret tempo. "

"Vi er glade for at se pyrolysetiden reduceres fra titalls timer til et par sekunder, bevarelse af de fine 3D-printede strukturer efter hurtig sintring, "Sagde Zheng.