El laboratorio de James Toure en la Universidad Rice ha desarrollado un nuevo método conocido como calentamiento Joule flash-in-flash (FWF) que podría transformar la síntesis de materiales de estado sólido de alta calidad, proporcionando un proceso de fabricación más limpio, más rápido y más sostenible. Se publican los resultados La naturaleza es química. 8 de agosto.
Tradicionalmente, la síntesis de materiales en estado sólido es un proceso que consume mucho tiempo y energía, y que a menudo va acompañado de la producción de subproductos nocivos. Pero FWF establece un nuevo estándar para la fabricación sostenible al permitir la producción a escala de gramos de varios compuestos en segundos y al mismo tiempo reducir el consumo de energía, agua y las emisiones de gases de efecto invernadero en más de un 50%.
La investigación innovadora se basa en el desarrollo de Toure en 2020 de aplicaciones de reciclaje y eliminación de residuos utilizando calentamiento flash Joule, una técnica que calienta rápidamente una corriente a través de un material moderadamente resistivo a una temperatura de 3000 grados Celsius (más de 5000 grados Fahrenheit) y convierte otro. sustancia
“La conclusión es que antes estábamos emitiendo carbono y algunos otros compuestos que podrían ser conductores”, dijo Toure, profesor de química de TT y WF Chao y profesor de ciencia de materiales y nanoingeniería. “Ahora podemos sintetizar el resto de la tabla periódica. Este es un gran avance”.
El éxito de FWF radica en su capacidad para superar las limitaciones de conductividad de los métodos convencionales de calentamiento flash Joule. El equipo, incluido el estudiante de doctorado Chi Hoon “Will” Choi y el autor correspondiente Immo Han, profesor asistente de química, ciencia de materiales y nanoingeniería, incorporó un recipiente externo de calentamiento instantáneo lleno de coque metalúrgico y un reactor interno semicerrado que contenía el objetivo. reactivo. FWF genera un calor intenso de alrededor de 2000 grados Celsius, que transforma los reactivos en materiales de alta calidad mediante una rápida transferencia de calor.
Según la investigación, este novedoso método permite la síntesis de más de 20 materiales únicos, selectivos de fases, con alta pureza y consistencia. La versatilidad y escalabilidad de FWF es ideal para producir materiales semiconductores de próxima generación, como el diseleniuro de molibdeno (MoSe2), el diseleniuro de tungsteno y el seleniuro de indio en fase alfa, que son notoriamente difíciles de sintetizar utilizando técnicas convencionales.
“A diferencia de los métodos tradicionales, el FWF no requiere la adición de agentes conductores, lo que reduce la formación de impurezas y subproductos”, afirmó Choi.
Estos avances crean nuevas oportunidades en electrónica, catálisis, energía e investigación básica. También proporciona una solución sostenible para la fabricación de una variedad de materiales. Además, FWF tiene el potencial de revolucionar industrias como la aeroespacial, donde materiales como el MoSe2 producido por FWF exhiben un rendimiento superior como lubricantes de estado sólido.
“FWF representa un cambio transformador en la síntesis material”, dijo Han. “Al proporcionar un método escalable y sostenible para producir materiales de estado sólido de alta calidad, aborda los cuellos de botella en la fabricación y allana el camino hacia un futuro más limpio y eficiente”.