El laboratorio de James Tour en la Universidad Rice ha desarrollado un nuevo método conocido como calentamiento Joule flash dentro de flash (FWF) que podría transformar la síntesis de materiales de estado sólido de alta calidad, ofreciendo un proceso de fabricación más limpio, más rápido y más sostenible. Los hallazgos fueron publicados en Química de la naturaleza el 8 de agosto.
Tradicionalmente, la síntesis de materiales en estado sólido ha sido un proceso que demandaba mucho tiempo y energía, y que a menudo iba acompañado de la producción de subproductos nocivos. Pero la tecnología FWF permite la producción a escala de gramos de diversos compuestos en segundos, al tiempo que reduce el consumo de energía y agua, y las emisiones de gases de efecto invernadero en más del 50%, lo que establece un nuevo estándar para la fabricación sostenible.
La innovadora investigación se basa en el desarrollo de Tour en 2020 de aplicaciones de eliminación de residuos y reciclaje utilizando calentamiento Joule instantáneo, una técnica que pasa una corriente a través de un material moderadamente resistivo para calentarlo rápidamente a más de 3000 grados Celsius (más de 5000 grados Fahrenheit) y transformarlo en otras sustancias.
«La clave es que antes hacíamos síntesis instantánea de carbono y otros compuestos que podían ser conductores», dijo Tour, profesor de química de TT y WF Chao y profesor de ciencia de los materiales y nanoingeniería. «Ahora podemos sintetizar por síntesis instantánea el resto de la tabla periódica. Es un gran avance».
El éxito de FWF radica en su capacidad para superar las limitaciones de conductividad de los métodos de calentamiento Joule instantáneos convencionales. El equipo, que incluye al estudiante de doctorado Chi Hun «Will» Choi y al autor correspondiente Yimo Han, profesor adjunto de química, ciencia de los materiales y nanoingeniería, incorporó un recipiente de calentamiento instantáneo externo lleno de coque metalúrgico y un reactor interno semicerrado que contiene los reactivos objetivo. FWF genera un calor intenso de aproximadamente 2000 grados Celsius, que convierte rápidamente los reactivos en materiales de alta calidad a través de la conducción térmica.
Según el estudio, este novedoso enfoque permite la síntesis de más de 20 materiales exclusivos y selectivos de fase con alta pureza y consistencia. La versatilidad y escalabilidad de FWF son ideales para la producción de 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, FWF no requiere la adición de agentes conductores, lo que reduce la formación de impurezas y subproductos», dijo Choi.
Este avance crea nuevas oportunidades en electrónica, catálisis, energía e investigación fundamental. También ofrece una solución sostenible para la fabricación de una amplia gama de materiales. Además, el FWF tiene el potencial de revolucionar industrias como la aeroespacial, donde materiales como el MoSe2 fabricado con FWF demuestran un rendimiento superior como lubricantes de estado sólido.
«FWF representa un cambio transformador en la síntesis de materiales», afirmó Han. «Al proporcionar un método escalable y sostenible para producir materiales de estado sólido de alta calidad, aborda las barreras en la fabricación y, al mismo tiempo, allana el camino hacia un futuro más limpio y eficiente».
