Una nuova classe di ceramica può essere termoformata nella forma di una lamiera

In quella che definiscono una “nuova frontiera dei materiali”, gli ingegneri della Northeastern University hanno sviluppato un nuovo tipo di ceramica che può essere modellata in forme sottili e complesse, aprendo nuove ampie applicazioni nell’elettronica. Descritti come ceramiche termoformabili, i nuovi materiali sono nati da un incidente di laboratorio, ma potrebbero servire, tra le altre possibilità, come dissipatori di calore più efficienti e durevoli.

L'anno scorso gli autori dello studio stavano sperimentando composti ceramici sperimentali a base di boro per potenziali applicazioni industriali e apparentemente avevano spinto il materiale al punto di rottura.

"L'abbiamo fatto saltare con una fiamma ossidrica e, mentre lo stavamo caricando, si è deformato inaspettatamente ed è caduto dall'apparecchio", Randall Erb, professore di ingegneria meccanica e industriale alla Northeastern. “Abbiamo guardato il campione sul pavimento pensando che fosse un fallimento. Ci siamo accorti che era perfettamente intatto. Aveva semplicemente una forma diversa. L'abbiamo provato ancora qualche volta e ci siamo resi conto che potevamo controllare la deformazione. E poi abbiamo iniziato a stampare a compressione il materiale e abbiamo scoperto che si trattava di un processo molto veloce”.

Il comportamento del materiale andava contro la saggezza convenzionale su come si forma la ceramica e cosa sono in grado di sopportare. Se sottoposti a sbalzi estremi di temperatura, questi materiali probabilmente si spezzeranno o si frantumeranno, ma il team è stato letteralmente in grado di applicare una fiamma ossidrica e mantenerli in un unico pezzo.

"È unico: la ceramica termoformabile, da quello che abbiamo visto e letto, non esiste realmente", ha detto l'autore dello studio Jason Bice. "Quindi è una nuova frontiera nei materiali."

Un ulteriore esame dei materiali ha rivelato una microstruttura sottostante che consente loro di trasmettere rapidamente il calore. Durante lo stampaggio e la termoformatura, un processo che tipicamente si applica ai polimeri termoplastici e alle lamiere, il team ha scoperto che la ceramica può essere modellata in geometrie complesse, pur mantenendo una buona resistenza meccanica e conduttività termica.

A suo favore, per quanto riguarda le applicazioni in elettronica, gioca anche il fatto che il materiale non trasporta elettroni né interferisce con le radiofrequenze (RF). Negli smartphone e in altri dispositivi viene utilizzato uno spesso strato di alluminio per allontanare il calore. Ma con le sue proprietà e la capacità di avere uno spessore inferiore a un millimetro e di adattarsi a diverse superfici, il team ritiene che il materiale ceramico possa fungere da dissipatore di calore più efficace.

"Se inserisci un dissipatore di calore in alluminio in un componente RF, hai sostanzialmente introdotto una serie di antenne per interagire con il segnale RF", afferma Erb. “Invece, possiamo inserire il nostro materiale a base di nitruro di boro dentro e intorno a un componente RF ed è essenzialmente invisibile al segnale RF”.

Gli scienziati hanno ricevuto una sovvenzione per continuare a sviluppare la tecnologia e stanno ora perseguendo la commercializzazione attraverso una società spin-off chiamata Fourier.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Advanced Materials.

Fonte: Università del Nordest