Método revolucionario simplifica la producción de cerámica celular compleja, mejora la precisión y el rendimiento

MadridInvestigadores de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) han desarrollado una manera más sencilla de fabricar cerámicas celulares. Liderados por el Profesor Asociado Yang Zhengbao del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, este nuevo método supera los problemas de la fabricación aditiva tradicional. Nombrada estrategia de procesamiento en dos pasos asistida por tensión superficial (STATS), esta innovación podría transformar industrias que utilizan materiales cerámicos, como la energía, la electrónica y la biomedicina.

La técnica STATS consta de dos pasos principales:

• Preparación de redes orgánicas basadas en células mediante manufactura aditiva para formar configuraciones básicas.
• Llenado de estas redes con una solución precursora que contiene los componentes necesarios.

El equipo enfrentó un gran desafío al gestionar la forma del líquido dentro de la estructura de rejilla. Utilizaron la tensión superficial para mantener el líquido en su lugar dentro de la rejilla. Esto les permitió controlar con precisión la forma del líquido, resultando en procesos de manufactura sumamente precisos.

Mediante estudios teóricos y experimentales, los investigadores mejoraron el diseño de las cerámicas celulares. Examinaron minuciosamente los detalles geométricos de las estructuras formadas por celdas unitarias y columnas para crear interfaces fluidas en 3D. Esto resultó en el desarrollo de cerámicas celulares con diversas dimensiones de celdas, formas, densidades, estructuras y materiales. Separar el proceso de fabricación de los componentes del de construcción de la estructura hizo que el método fuera altamente programable.

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El nuevo proceso presenta varias ventajas. A diferencia de los métodos tradicionales de fabricación de cerámica que luchan por equilibrar la porosidad y la resistencia mecánica, la técnica STATS crea estructuras que son generalmente porosas pero fuertes en áreas específicas. Esta mejor estructura mejora el rendimiento de las piezocerámicas celulares. Los investigadores han logrado un elevado constante piezoeléctrico de aproximadamente 200 pC N-1, manteniendo más del 90% de porosidad total, lo cual es un gran avance en comparación con los métodos actuales.

Inspirados por las diatomeas, algas unicelulares famosas por sus intrincadas paredes celulares de sílice, esta estrategia imita la precisión de la naturaleza al producir estructuras complejas. Las implicaciones son vastas, con aplicaciones potenciales en áreas como:

• Filtros
• Sensores
• Actuadores
• Robótica
• Electrodos de baterías
• Células solares
• Dispositivos bactericidas

Este nuevo método se alinea con las tendencias actuales en ingeniería de materiales que combinan el procesamiento de superficies con nuevas técnicas de fabricación. La estrategia STATS podría ayudar a crear nuevas estructuras de materiales y sistemas inteligentes, lo que llevaría a avances en muchas áreas tecnológicas. El Prof. Yang destacó que este método no solo resuelve problemas con técnicas tradicionales, sino que también ofrece nuevas formas de diseñar estructuras cerámicas complejas. En el futuro, este enfoque podría resultar en dispositivos más avanzados y eficientes.