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Las llamas de alta temperatura se utilizan para fabricar una amplia variedad de materiales. Sin embargo, una vez que haya iniciado un incendio, puede resultar difícil controlar la interacción de la llama con el material que está intentando procesar. Los investigadores ahora han desarrollado una técnica que utiliza una capa protectora delgada como una molécula para controlar cómo el calor de la llama interactúa con el material. Esto controla el fuego y permite a los usuarios ajustar las propiedades del material que se está procesando.
«El fuego es una valiosa herramienta de ingeniería; al fin y al cabo, un alto horno no es más que un fuego intenso.» dice Martin Thuo, autor correspondiente de un artículo sobre trabajo y profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. «Sin embargo, una vez que se inicia un incendio, a menudo se tiene poco control sobre cómo se comporta».
«Nuestra técnica, que llamamos degradación térmica inversa (ITD), utiliza una película delgada a nanoescala sobre un material objetivo. La fina película cambia en respuesta al calor del fuego, regulando la cantidad de oxígeno que puede llegar al material. Esto significa que podemos controlar la velocidad a la que se calienta el material, lo que a su vez afecta las reacciones químicas que tienen lugar en el material. Básicamente, podemos ajustar cómo y dónde el fuego cambia el material”.
Así funciona ITD. Comienza con el material objetivo, como una fibra de celulosa. Luego, esta fibra se recubre con una capa de moléculas de un espesor de nanómetros. A continuación, las fibras recubiertas se exponen a una llama intensa. La superficie exterior de las moléculas se quema fácilmente, elevando la temperatura en el área inmediata. Sin embargo, la superficie interna del recubrimiento molecular cambia químicamente y se forma una capa de vidrio aún más delgada alrededor de las fibras de celulosa. Este vidrio limita la cantidad de oxígeno que puede llegar a las fibras, evitando que la celulosa se incendie. En cambio, las fibras arden lentamente: se queman lentamente de adentro hacia afuera.
«Sin la capa protectora del ITD, las fibras celulósicas inflamadas sólo producirían cenizas», afirma. Dice Thuo. “Con la capa protectora del ITD, terminas con tubos de carbono.
“Podemos diseñar la capa protectora para ajustar la cantidad de oxígeno que llega al material objetivo. Y podemos diseñar el material objetivo para producir las propiedades deseadas”.
Los investigadores realizaron demostraciones de prueba de concepto utilizando fibras celulósicas para fabricar tubos de carbono a microescala.
Los investigadores pudieron controlar el grosor de las paredes del tubo de carbono controlando el tamaño de las fibras de celulosa con las que empezaron; introduciendo varias sales en las fibras (controlando así aún más la velocidad de combustión); y variando la cantidad de oxígeno que pasa a través de la capa protectora.
«Ya tenemos varias aplicaciones en mente que investigaremos en futuros estudios,» Dice Thuo. «También estamos abiertos a trabajar con el sector privado para explorar diversas aplicaciones prácticas, como el desarrollo de tubos de carbono diseñados para la separación de agua y petróleo, que serían útiles tanto para aplicaciones industriales como para la remediación ambiental».
El papel, «Pirólisis dirigida espacialmente mediante aductos superficiales que se transforman térmicamente», será publicado en la revista quimica APLICADA. Los coautores son Dhanush Jamadgni y Alana Pauls, Ph.D. estudiantes de NC State; Julia Chang y Andrew Martin, becarios postdoctorales de NC State; Chuanshen Du, Paul Gregory, Rick Dorn y Aaron Rossini de la Universidad Estatal de Iowa; y E. Johan Foster de la Universidad de Columbia Británica.
Fuente: https://www.ncsu.edu/
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