Mühendisler yüksek sıcaklığa sahip seramikler yaratmak için suya benzer polimer patentini aldılar

Bu grafik, Kansas Eyalet Üniversitesi tarafından patentli suya benzer bir polimerden oluşturulmuş bir seramiğin yapısını göstermektedir. Seramik, yüksek sıcaklıklarda kararlılık sağlayan rastgele bir yapıya sahiptir. Seramikteki silisyum azota ve karbona bağlanır, ancak bora bağlanmaz; bor, karbona değil nitrojene bağlanır ve karbon bağları başka bir karbona bağlanır ve böylece grafene benzer dizgeler oluştururlar. Kredi: Kansas Eyalet Üniversitesi Seramik tekstiller, gelişmiş jet motor bıçakları, 3 boyutlu baskılı seramikler ve daha iyi piller Kansas Eyalet Üniversitesi mühendisinin patentli bir polimeri sayesinde yakın zamanda gerçek olabilir.

Gurpreet Singh, Harold O. ve Jane C. Massey Neff mekanik ve nükleer mühendislik alanları doçenti beş bileşen (silikon, bor, karbon, azot ve hidrojen) kullanarak, termal, optik ve elektronik özellikleri değerli seramiklere dönüşebilen sıvı bir polimer oluşturdu. Isıtıldığında seramik haline gelen suya benzer polimer seri üretilebilir.

Singh, “Bu polimer gerçekten işe yarayan yararlı bir malzemedir” dedi. “Son beş yıldır araştırdığımız tüm materyallerin arasından en çok umut verici olan bu malzemedir. Şu an hayal bile edemeyeceğiniz bir seramiğin kullanılabileceğini düşündürüyor.”

Singh, patentin “SiBNC seramiklerinin sentezi için borla değiştirilmiş silazanlar” en büyük mucididir. 2013 yılında makine mühendisliği bölümünden doktora mezunu olan Romil Bhandavat, ortak bir mucittir. Mühendisler suya benzeyen ve diğer silikon ve bor içeren polimerlerin aksine suyla aynı yoğunluk ve viskoziteye sahip berrak polimer geliştirdiler.

Singh, “Oda sıcaklığında sıvı halde kalan ve diğer SiBNC polimerlere göre daha uzun bir raf ömrüne sahip bir sıvı yarattık” dedi. “Ancak polimerimizi ısıttığınızda sıvıdan katıya geçebilir. Bu şeffaf sıvı polimer çok siyah, cam benzeri bir seramiğe dönüşebilir” dedi.

Aşırı sıcaklıklara dayanıklı olan seramikler değerli malzemelerdir çünkü bujiler, jet motorları, yüksek sıcaklık fırınları ve hatta uzay arama malzemeleri gibi çeşitli malzemeler için kullanılırlar.

Bu kavanozlar, suya benzeyen ve su ile aynı yoğunluk ve viskoziteye sahip olan, Kansas Eyalet Üniversitesi tarafından patentli sıvı polimerlerin çeşitlerini göstermektedir. Polimer, ısıtıldığında seramik haline gelir ve seri üretilebilir.

Singh, seramik öncesi bir polimer olarak sıvı maddenin birçok önemli özelliği olduğunu söyledi.

• Polimer düşük yoğunluklu olup, olağan ağır seramiklerin yerine hafif seramik oluşturabilir.
• Polimer ölçeklenebilir ve gram veya kilogram halinde seri olarak üretilebilir.
• Bu polimerden türetilen seramik, yaklaşık 1.700 dereceye kadar yüksek sıcaklıklarda bile hayatta kalabilir. Yine de seramik, zirkonyum borür ve hafniyum karpit gibi diğer çok yüksek sıcaklık seramiklerinden üç ila altı kat daha düşük bir kütle yoğunluğuna sahiptir.
• Polimer seramik elyaflar üretebilir. Polimer yaklaşık 50 ila 100 derece Celsius’a kadar ısıtılırsa, şurup veya bala benzer bir jel haline gelir. Bu jel halindeyken, polimer, seramik tekstiller veya seramik kafes oluşturmak için dizelere veya liflere çekilebilir.
• Sıvı polimer işleme esnekliğine sahiptir. Kalıplara dökülebilir ve karmaşık seramik şekilleri doğru bir şekilde oluşturmak için ısıtılır.·         Polimer bir sıvı olduğundan püskürtülebilir veya seramik kaplamalar yapmak için bir boya olarak kullanılabilir. Seramik, altındaki malzemeleri koruyabilir veya buhar türbinleri veya jet motor bıçakları gibi yüksek sıcaklık ortamlarında çalışan daha verimli makineler yaratabilir. Polimer ayrıca, bir tezgâhlı SLA yazıcı kullanarak seramik parçaların 3D baskısı için de kullanılabilir.
• Karbon nanotüpleri ile kombine edildiğinde, polimer çok daha fazla uygulamaya sahiptir. Hasar görmeden tüm ışığı (hatta ultraviyole ve kızılötesi ışığı) emen siyah bir malzeme oluşturabilir. Birleşik nanomalzeme, bir roket nozülünden yaklaşık 10 kat daha fazla ısı ile santimetrekare başına 15.000 wattlık aşırı sıcaklığa dayanabilir.
• Polimer yalıtkan veya yarı iletken arasında değişen ayarlanabilir elektrik iletkenliğine sahip seramik üretmek için kullanılabilir.
• Seramikte silikon ve grafen benzeri karbon varlığı lityum iyon piller için elektrotları geliştirebilir.
• Bu polimerden türetilen seramik, geleneksel seramiklerde genellikle gözlenmeyen rastgele bir yapıya sahiptir. Seramikteki silisyum azota ve karbona bağlanır, ancak bora bağlanmaz; bor, karbona değil nitrojene bağlanır ve karbon bağları başka bir karbona bağlanır ve böylece grafen benzeri dizgeler oluştururlar. Bu eşsiz yapı oksijenle reaksiyonu geciktirerek yüksek sıcaklıkta kararlılık sağlar.

Singh, “Araştırmacılar genellikle yüksek sıcaklık özelliklerine baktı,” dedi. “Diğer özelliklere (elektronik, elektro-kimyasal, termal ve optik özellikler gibi) bakan az sayıdaki biziz ve bu özellikleri bu malzemeye tabi tutuyoruz.”

Singh’in araştırması Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü radyometri ekibi ve Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklendi. Polimerlerin seramik elyaf ve hatta pil elektrotları yapma imkânlarını araştırmaya devam ediyor.Patent üniversitenin teknoloji transfer faaliyetlerini yönetmekten sorumlu olan kar amacı gütmeyen bir kuruluş olan Kansas Eyalet Üniversitesi Araştırma Vakfı’na verildi.

Daha fazlasını keşfedin: Breakthrough achieved in ceramics 3D printing technology

Kansas Eyalet Üniversitesi tarafından sağlanmıştır. Kansas State University

Kaynak : phys.org