Metodo innovativo rivoluziona le ceramiche cellulari, semplificando la produzione di strutture complesse

RomeRicercatori della Scuola di Ingegneria dell'Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong (HKUST) hanno sviluppato un metodo più semplice per la produzione di ceramiche cellulari. Guidati dal Professore Associato Yang Zhengbao del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale, questo nuovo approccio supera le difficoltà della tradizionale produzione additiva. Denominato strategia di lavorazione in due fasi assistita dalla tensione superficiale (STATS), potrebbe rivoluzionare industrie che utilizzano materiali ceramici, come quelle energetica, elettronica e biomedica.

La tecnica STATS si sviluppa in due fasi principali:

• Creazione di reticoli organici a base cellulare tramite manifattura additiva per formare configurazioni di base.
• Riempimento di questi reticoli con una soluzione precursore contenente i componenti necessari.

Il team ha affrontato una grande sfida nel gestire la forma del liquido all'interno della struttura reticolare. Hanno sfruttato la tensione superficiale per mantenere il liquido in posizione all'interno della griglia, ottenendo così un controllo preciso sulla forma del liquido, il che ha portato a processi di produzione altamente accurati.

I ricercatori hanno migliorato la progettazione delle ceramiche cellulari attraverso studi teorici e sperimentali. Hanno esaminato attentamente i dettagli geometrici dei reticoli costituiti da celle unitarie e colonne per aiutare a creare interfacce fluide tridimensionali. Questo ha portato allo sviluppo di ceramiche cellulari con diverse dimensioni, forme, densità, strutture e materiali. Separare il processo di preparazione degli ingredienti dalla costruzione della struttura ha reso questo metodo estremamente programmabile.

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Il nuovo processo presenta numerosi vantaggi. A differenza dei metodi tradizionali di fabbricazione della ceramica che faticano a bilanciare porosità e resistenza meccanica, la tecnica STATS crea strutture che sono nel complesso porose, ma forti in aree specifiche. Questa migliorata struttura aumenta le prestazioni dei piezoceramici cellulari. I ricercatori hanno ottenuto un alto costante piezoelettrico di circa 200 pC N-1 mantenendo oltre il 90% di porosità totale, il che rappresenta un significativo miglioramento rispetto ai metodi attuali.

Ispirata alle diatomee, alghe unicellulari note per le loro intricate pareti cellulari di silice, questa strategia emula la precisione della natura nella creazione di strutture complesse. Le applicazioni sono molteplici e includono:

• Filtri
• Sensori
• Attuatori
• Robotica
• Elettrodi per batterie
• Pannelli solari
• Dispositivi battericidi

Questo nuovo metodo si allinea alle tendenze attuali nell'ingegneria dei materiali, che combinano la lavorazione superficiale con tecniche di produzione innovative. La strategia STATS potrebbe contribuire alla creazione di nuove strutture di materiali e sistemi intelligenti, portando progressi in molti settori tecnologici. Il Prof. Yang ha evidenziato che questo metodo non solo risolve i problemi delle tecniche tradizionali, ma offre anche nuove opportunità per progettare strutture ceramiche complesse. In futuro, questo approccio potrebbe portare a dispositivi più avanzati ed efficienti.