FAMU

Di: Trisha Radulovich | Pubblicato:14 febbraio 2023 | 15:26 | CONDIVIDERE:

Un team di ricercatori del FAMU-FSU College of Engineering presso l’High-Performance Materials Institute sta esplorando i limiti termici dei nanomateriali avanzati, un lavoro che potrebbe avere un impatto diretto sui sistemi di somministrazione dei medicinali, sull’elettronica, sui viaggi spaziali e su altre applicazioni.

Il gruppo di ricerca, guidato dalla professoressa assistente di Ingegneria industriale e manifatturiera Rebekah Sweat, ha completato il primo studio in assoluto su come i nanotubi di nitruro di boro purificati rimangono stabili a temperature estreme in ambienti inerti.

Il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista Applied Nano Materials.

I nanotubi di nitruro di boro, o BNNT, sono più forti e più resistenti alle alte temperature rispetto ai nanotubi di carbonio. Come i loro cugini del carbonio, sono strutture misurate al nanometro, una lunghezza pari a un miliardesimo di metro.

Ma produrre questi materiali è impegnativo. Gli attuali metodi per i BNNT sono più recenti e non producono ancora le stesse quantità dei metodi ideati per i nanotubi di carbonio. Ecco perché è importante saperne di più su come funzionano.

I ricercatori hanno scoperto che i BNNT sono completamente stabili fino a 1800°C in un ambiente inerte, l’atmosfera chimicamente inattiva in cui vengono prodotti. Hanno inoltre appreso che i BNNT possono resistere a temperature fino a 2200°C per brevi periodi senza perdere le proprietà meccaniche che li rendono così efficaci.

"Questa ricerca riguarda la scoperta di una proprietà che è incredibilmente utile per il futuro", ha detto Sweat. “Abbiamo una conoscenza più approfondita di come si comportano i BNNT quando e come falliscono termicamente, perché tutti i materiali hanno dei limiti. Abbiamo cambiato il modo in cui produciamo questi tipi di compositi per sfruttare meglio le loro proprietà”.

Le potenziali applicazioni per questi materiali compositi leggeri e resistenti sono numerose. Tutto ciò che si surriscalda, come una turbina o un motore, potrebbe utilizzarli per funzionare in un ambiente ad alta temperatura. Sono termicamente conduttori, il che significa che diffondono rapidamente il calore, e la loro stabilità meccanica offre un rinforzo strutturale.

I BNNT si dimostrano particolarmente promettenti per il loro utilizzo nell’esplorazione spaziale. La loro capacità di condurre calore, isolare la corrente elettrica e bloccare le radiazioni potrebbe essere utilizzata nei rover spaziali o in un veicolo spaziale durante il rientro nell'atmosfera terrestre. Queste stesse proprietà li rendono utili anche per l'elettronica ad alte prestazioni.

“Comprendere il comportamento di questi nanotubi alle alte temperature è fondamentale per creare materiali in grado di resistere a condizioni estreme, sia nella produzione che nel loro utilizzo finale”, ha affermato l’autore principale e dottorando Mehul Tank. “Man mano che comprendiamo meglio come funzionano in queste condizioni, saremo in grado di sviluppare una migliore produzione di compositi che impiegano matrici di lavorazione ad alta temperatura, come ceramica e metalli”.

Questo lavoro è stato parzialmente finanziato da una sovvenzione ottenuta dal GAP Commercialization Investment Program della FSU, un evento organizzato dall'Office of Commercialization per aiutare a trasformare la ricerca accademica in potenziali progetti commerciali. Il finanziamento che Sweat ha ricevuto nel 2022 attraverso il processo di candidatura competitivo dell'Ufficio di commercializzazione ha supportato la fase di questo lavoro che ha scoperto le temperature di lavorazione per i compositi a matrice ceramica BNNT che sono al centro del progetto GAP.

Oltre al finanziamento GAP, questo studio è stato sostenuto anche attraverso una partnership con la società BNNT Materials con sede in Virginia. L'azienda sintetizza i BNNT e ha collaborato con i ricercatori della Florida State University per scoprire come i nanotubi sopravvivono alle alte temperature e come si comporteranno le diverse sostanze chimiche.

"GAP ha aiutato il mio team a esplorare nuove strade e ha incoraggiato la collaborazione per portare avanti questo lavoro", ha affermato Sweat. “Il processo di candidatura e l’enfasi sulla traduzione della ricerca dal laboratorio in materiali rilevanti per l’industria aiutano a concentrare la nostra ricerca su entusiasmanti tecnologie emergenti”.