¡Imagina un golpe de calor tan fuerte que podría crear nuevos materiales con propiedades únicas! Ese es el potencial de una técnica emergente conocida como choque de alta temperatura (HTS, por sus siglas en inglés). Este proceso aprovecha las características del no equilibrio dominadas por la cinética para producir nuevos materiales con una alta tasa de calentamiento/enfriamiento de ~10^5 K/s y una temperatura pico mayor a ~3000 K en segundos o milisegundos.
Los materiales que se pueden crear con esta técnica incluyen aleaciones de alta entropía a escala nanométrica (HEA, por sus siglas en inglés), que se han destacado por su notable actividad, selectividad y estabilidad en reacciones catalíticas heterogéneas. Esto se debe a su flexible composición y estructura de mezcla de alta entropía.
Aunque ha habido muchos informes sobre el uso de la tecnología HTS para fabricar HEA y otros materiales de alta entropía, las estrategias de construcción y los fundamentos fisicoquímicos inherentes del HTS aún deben ser resumidos y explorados en profundidad.
Recientemente, un equipo de investigación liderado por el Prof. Yanan Chen de la Universidad de Tianjin y el Dr. Ye-Chuang Han de la Universidad de Xiamen, China, ha hecho exactamente eso. Han presentado los principios fisicoquímicos del HTS desde la perspectiva de “energía-espacio-tiempo”, introduciendo tecnologías representativas de HTS, como el calentamiento por Joule, el calentamiento por láser y el calentamiento por microondas.
Estas técnicas de HTS ofrecen ventajas sobre los métodos de calentamiento cercanos al equilibrio dominados por la termodinámica tradicional, como el horno de tubo y el horno de mufla, en la síntesis de catalizadores. Además, el equipo de investigación introdujo los conceptos y características de las HEA y revisó el último progreso en la síntesis de HEAs utilizando técnicas de HTS.
Desde la perspectiva de “energía-espacio-tiempo”, los factores de la tasa de calentamiento para HTS pueden deducirse como: el coeficiente de absorción (ξ), la potencia de la energía de entrada (P), y las características naturales de los materiales (la capacidad de calor específico (c), la masa (m)). En particular, el coeficiente de absorción está interrelacionado con las características de los reactivos y sustratos, el entorno de la reacción, y los enfoques de calentamiento.
Las HEA exhiben una excelente actividad y estabilidad catalítica debido a sus cuatro efectos únicos: la alta entropía termodinámica, la distorsión de la red estructural, la difusión lenta cinética y los efectos “cóctel”. Sin embargo, los métodos tradicionales utilizados para preparar HEA han resultado principalmente en materiales a granel de gran tamaño con áreas de superficie específicas pequeñas, lo que ha obstaculizado en gran medida las aplicaciones catalíticas. La HTS puede inhibir la coalescencia y crecimiento de nanopartículas de HEA.
En resumen, el HTS y las HEA ofrecen nuevas posibilidades emocionantes en la química y la física de los materiales. Aunque todavía queda mucho por aprender sobre estas técnicas y los materiales que pueden crear, está claro que están abriendo nuevas fronteras en la investigación de materiales.
Referencia: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1872206723644286
