Zhigang Zak Fang vince il Premio Humboldt

Ripubblicato dal College of Science.

Il metallo titanio (Ti), apprezzato per il suo elevato rapporto resistenza/peso, resistenza alla corrosione e biocompatibilità, è un materiale critico nelle applicazioni aerospaziali, della difesa e mediche, ma il suo utilizzo più ampio è ostacolato da costi eccessivamente elevati.

È qui che entra in gioco il professore di scienze dei materiali e ingegneria metallurgica Zhigang Zak Fang. Recentemente destinatario del prestigioso Humboldt Research Award, Fang ha sviluppato una tecnologia innovativa in grado di produrre polvere di titanio di alta qualità e a basse emissioni di carbonio a un costo notevolmente ridotto. Conosciuto come processo di riduzione metallotermica assistita da idrogeno (HAMR), la tecnologia sviluppata da Fang si basa sulla scoperta di una nuova scienza sugli effetti dell'idrogeno sulla stabilità delle soluzioni solide di Ti con un elevato contenuto di ossigeno (fino al 14% in peso).

"Il titanio metallico è difficile da produrre a causa della sua forte affinità con l'ossigeno", ha detto Fang, che all'inizio di questo mese è stato informato dell'Humboldt, che promuove la cooperazione scientifica tra istituti di ricerca negli Stati Uniti e in Germania. Ha scoperto che il legame tra titanio e ossigeno può essere destabilizzato inserendo atomi di idrogeno nei reticoli della soluzione solida di ossido di titanio (II) (Ti-O), portando a un approccio completamente nuovo per la produzione sostenibile di titanio a basso contenuto di ossigeno con energia e costi minimi.

"Riducendo drasticamente i costi e le emissioni di anidride carbonica legati alla produzione di polvere di titanio, il processo HAMR ha il potenziale per sconvolgere e trasformare radicalmente l'industria globale del titanio metallico", ha continuato Fang.

Oggi, gli Stati Uniti importano quasi il 100% della “spugna di titanio” che consumano ogni anno, prodotta con un processo più vecchio, inefficiente, costoso e ad alto consumo energetico. Cina e Russia controllano circa il 70% del mercato globale della spugna di titanio, creando una significativa vulnerabilità nella catena di approvvigionamento per un metallo fondamentale per la difesa nazionale americana. L’attuale processo di mercato per la creazione del metallo di titanio riscalda il minerale di titanio a 1.800 gradi Fahrenheit e reagisce con gas di cloro e coke di petrolio per produrre tetracloruro di titanio. Quel composto chimico viene purificato, ridotto dal magnesio fuso in un'atmosfera di argon per un massimo di quattro giorni, quindi distillato sotto vuoto nella forma porosa e fragile del titanio nota come "spugna". Viene quindi frantumato e fuso per produrre lingotti e altro titanio. risultati finali dello stabilimento che vengono inviati ai produttori di prodotti in titanio.

CREDITO FOTOGRAFICO: Università dello Utah

Zhigang Zak Fang, professore di ingegneria metallurgica (a destra) e Pei Sun, ricercatore associato presso il Powder Metallurgy Research Lab (a sinistra) descrivono il processo per ridurre il biossido di titanio commerciale nella polvere finale di titanio puro.

La ricerca di Fang, che ha portato alla tecnologia HAMR, promette di migliorare drasticamente l'efficienza energetica. Il processo HAMR può produrre metallo primario di titanio da minerali o da rottami di titanio. Il risultato è che i rottami di titanio ad alto contenuto di ossigeno vengono trasformati in polveri di titanio a basso contenuto di ossigeno che soddisfano o superano i rigorosi standard del settore aerospaziale e biomedico.

La polvere di titanio può essere utilizzata per la produzione additiva o utilizzata dalla metallurgia delle polveri per fabbricare prodotti in un'ampia gamma di applicazioni impegnative, tra cui applicazioni aerospaziali, della difesa, biomediche e altre applicazioni civili, con una sostenibilità notevolmente aumentata.

Ogni anno la Fondazione Alexander von Humboldt assegna fino a 100 Humboldt Research Awards a ricercatori di fama internazionale di tutte le discipline provenienti dall'estero in riconoscimento del loro record accademico fino ad oggi. Il Premio Humboldt, noto anche come Premio per la ricerca Humboldt con un premio in denaro di 60.000 euro, viene assegnato ogni anno a scienziati e studiosi di fama internazionale e prende il nome dal defunto naturalista ed esploratore prussiano Alexander von Humboldt.

Inventore di una serie di tecnologie di processo, Fang è un innovatore riconosciuto a livello mondiale nei settori del carburo di tungsteno cementato, dei metalli refrattari, del titanio, della metallurgia delle polveri e dell'idruro metallico per lo stoccaggio dell'idrogeno e dell'energia termica. Prima di unirsi alla U, Fang ha avuto una carriera di successo nella ricerca e sviluppo industriale per oltre un decennio. È autore o coautore di oltre 180 pubblicazioni sottoposte a revisione paritaria. È l'unico o co-inventore nominato in oltre 60 brevetti statunitensi rilasciati. Ha fondato/cofondato due società start-up e ha commercializzato con successo diverse tecnologie di carburo di tungsteno e titanio.