Investigadores Mejoran Nanoestructuras De Vidrio Metálico A Granel

Evolución guiada de nanoestructuras de vidrio metálico a granel

Imagen cortesía de Advanced Materials, del documento “Evolución guiada de nanoestructuras de vidrio metálico a granel: una plataforma para diseñar superficies electrocatalíticas tridimensionales”.

Científicos de Universidad de Yale han descubierto una manera de refinar vidrios metálicos a granel para mejorar su rendimiento electroquímico.

Los resultados de la investigación, basada en el laboratorio del profesor de ingeniería química y ambiental André D. Taylor, se publican en la edición del 22 de diciembre de Advanced Materials.

Vidrio metálico a granel (BMG), también conocido como metal amorfo aleación , exhibe propiedades mecánicas superiores y gran conformabilidad a baja temperatura en comparación con las aleaciones generales. Se han realizado numerosos esfuerzos para desarrollar estos materiales para dispositivos biomédicos, transformadores de alta eficiencia y para productos que requieren materiales de alta resistencia, como palos de golf.

Trabajando con el laboratorio del profesor de Yale Jan Schroers, Taylor fue pionero en el uso de BMG como catalizadores en las pilas de combustible. Los BMG tienen la fuerza del metal, pero pueden tener la forma de un plástico, por lo que pueden usarse para formar nanocables y lograr áreas de gran superficie. El aumento del área de superficie conduce a un mayor rendimiento en la densidad de corriente, porque todas las reacciones electroquímicas se encuentran en la superficie.

Para aprovechar esta investigación, el laboratorio de Taylor se propuso desarrollar una forma de refinar los materiales mediante procesos sustractivos y aditivos. Inusual en su alcance, el artículo de 17 autores es el resultado de algunos años de investigación y trabajo dentro del Centro de Investigación de Estructuras y Fenómenos de Interfaz (CRISP) de Yale NSF MRSEC. Yale Ph.D. el estudiante Jinyang Li, el investigador de General Motors Ryan C. Sekol y el profesor de la Universidad de Campinas Gustavo Doubek son los coautores principales del artículo. Sekol es un ex miembro del laboratorio de Taylor y Doubek es un compañero visitante en el laboratorio.

“En nuestra primera generación, pudimos demostrar áreas de gran superficie utilizando la alta conformabilidad del vidrio metálico”, dijo Li. “Para esta segunda generación, queríamos impulsar esto aún más mediante procesos sustractivos y aditivos”.

El proceso aditivo utiliza lo que se conoce como deposición de bajo potencial o desplazamiento galvánico para agregar materiales a una BMG. Por ejemplo, una combinación de platino y rutenio es un catalizador ideal para ciertas aplicaciones, pero no se puede hacer un vidrio metálico con él.

“Estamos demostrando que se puede tomar un vidrio metálico muy bueno y de alta conformabilidad, crear nanocables y luego agregarle rutenio”, dijo Taylor, quien comparó la obra con la del artista catalán Joan Míro, quien desafió los usos convencionales. de materiales y procesos. “Ahora no está limitado a la capacidad de formación de vidrio de sus metales”.

Taylor dijo que se pueden agregar otros materiales usando el mismo proceso. El platino no tiene propiedades pseudocapacitivas, lo que permite que un material almacene carga eléctrica, por lo que agregaron dióxido de manganeso.

“Es un material barato, pero tiene un alto rendimiento para pseudocondensadores”, dijo Taylor.

Con el proceso sustractivo, dijo Taylor, los investigadores pueden eliminar ciertos materiales de un BMG multicomponente, un proceso conocido como desbloqueo. Los metales menos nobles, que no actúan como catalizadores, se lixivian de la superficie. Con esta técnica, se pueden formar áreas de gran superficie a partir de estructuras sólidas o se pueden convertir nanocables en estructuras dendríticas ramificadas mediante ciclos electroquímicos.

Publicación : Gustavo Doubek, et al., “Evolución guiada de nanoestructuras de vidrio metálico a granel: una plataforma para el diseño de superficies electrocatalíticas 3D”, Materiales avanzados, 2015; DOI: 10.1002 / adma.201504504

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