Zhigang Zak Fang gana el Premio Humboldt

Reposteado de la Facultad de Ciencias.

El titanio (Ti), apreciado por su alta relación resistencia-peso, resistencia a la corrosión y biocompatibilidad, es un material crítico en aplicaciones aeroespaciales, de defensa y médicas, pero su uso más amplio se ve obstaculizado por costos excesivamente altos.

Ahí es donde entra en juego el profesor de ciencias de los materiales e ingeniería metalúrgica Zhigang Zak Fang. Fang, que recientemente recibió el prestigioso Premio de Investigación Humboldt, ha desarrollado una tecnología innovadora que puede producir polvo de titanio de alta calidad y baja emisión de carbono a un costo significativamente reducido. Conocido como el proceso de reducción metalotérmica asistida por hidrógeno (HAMR), la tecnología desarrollada por Fang se basa en el descubrimiento de nueva ciencia sobre los efectos del hidrógeno en la estabilidad de las soluciones sólidas de Ti con alto contenido de oxígeno (hasta 14% en peso).

"El metal titanio es difícil de producir debido a su fuerte afinidad con el oxígeno", dijo Fang, a quien se le notificó a principios de este mes sobre el Humboldt, que promueve la cooperación científica entre instituciones de investigación de EE. UU. y Alemania. Descubrió que el enlace entre el titanio y el oxígeno se puede desestabilizar mediante la inserción de átomos de hidrógeno en las redes de solución sólida de óxido de titanio (II) (Ti-O), lo que lleva a un enfoque completamente nuevo para producir titanio con bajo contenido de oxígeno de manera sostenible con un mínimo de energía y costo.

"Al reducir drásticamente el costo y las emisiones de dióxido de carbono de la producción de polvo de titanio, el proceso HAMR tiene el potencial de interrumpir y transformar fundamentalmente la industria mundial del metal de titanio", continuó Fang.

Hoy, EE. UU. importa casi el 100 % de la "esponja de titanio" que consume cada año, fabricada mediante un proceso más antiguo que es ineficiente, costoso y consume mucha energía. China y Rusia controlan ~70 % del mercado mundial de esponjas de titanio, lo que crea una importante vulnerabilidad en la cadena de suministro de un metal crítico para la defensa nacional de Estados Unidos. El proceso de mercado actual para crear titanio metálico calienta el mineral de titanio a 1800 grados Fahrenheit y reacciona con cloro gaseoso y coque de petróleo para producir tetracloruro de titanio. Ese compuesto químico se purifica, se reduce con magnesio fundido en una atmósfera de argón durante hasta cuatro días y luego se destila al vacío en la forma porosa y quebradiza de titanio conocida como "esponja". Luego se tritura y se funde para hacer lingotes y otros titanios. entregables del molino que se envían a los fabricantes de productos de titanio.

CRÉDITO DE LA FOTO: Universidad de Utah

Zhigang Zak Fang, profesor de ingeniería metalúrgica (derecha) y Pei Sun, investigador asociado en el Laboratorio de Investigación de Metalurgia de Polvos (izquierda) describen el proceso para reducir el dióxido de titanio comercial en el polvo final de titanio puro.

La investigación de Fang, que condujo a la tecnología HAMR, promete mejorar drásticamente la eficiencia energética. El proceso HAMR puede producir metal de titanio primario a partir de minerales o de chatarra de titanio. El resultado es que la chatarra de titanio con alto contenido de oxígeno se transforma en polvo de titanio con bajo contenido de oxígeno que cumple o supera los estrictos estándares de la industria aeroespacial y biomédica.

El polvo de titanio se puede utilizar para la fabricación aditiva o se puede utilizar mediante pulvimetalurgia para fabricar productos en una amplia gama de aplicaciones exigentes, incluidas aplicaciones aeroespaciales, de defensa, biomédicas y otras aplicaciones civiles, con una sostenibilidad mucho mayor.

Cada año, la Fundación Alexander von Humboldt otorga hasta 100 Premios de Investigación Humboldt a investigadores internacionales líderes de todas las disciplinas en reconocimiento a su historial académico hasta la fecha. El Premio Humboldt, también conocido como el Premio de Investigación Humboldt con un premio en efectivo de 60.000 euros, se otorga anualmente a científicos y académicos de renombre internacional y lleva el nombre del difunto naturalista y explorador prusiano Alexander von Humboldt.

Inventor de una serie de tecnologías de proceso, Fang es un innovador reconocido mundialmente en las áreas de carburo de tungsteno cementado, metales refractarios, titanio, pulvimetalurgia e hidruro metálico para almacenamiento de hidrógeno y energía térmica. Antes de unirse a la U, Fang tuvo una exitosa carrera en I+D industrial durante más de una década. Es autor o coautor de más de 180 publicaciones revisadas por pares. Es el inventor único o co-inventor de más de 60 patentes estadounidenses emitidas. Fundó/cofundó dos empresas emergentes y comercializó con éxito varias tecnologías de carburo de tungsteno y titanio.

El Humboldt está lejos de ser el primer reconocimiento de Zak Fang por su trabajo. Es miembro de la Academia Nacional de Inventores, ASM y APMI, respectivamente. En 2009 fue el ganador de un premio R&D100. También es el editor en jefe de la Revista Internacional de Metales Refractarios y Metales Duros, la revista científica insignia de los metales refractarios.