El magnesio es el material metálico útil más ligero del mundo y desempeña un papel importante en la industria de defensa, aeroespacial, de transporte y otros campos. Al mismo tiempo, el magnesio es también el material metálico con la mayor densidad de almacenamiento de hidrógeno disponible, con importantes ventajas en aplicaciones innovadoras en energía, medicina y agricultura.

El equipo de profesores de la Universidad Nacional Huang Danian, el equipo de investigación "Light Hydrogen Magnesium" dirigido por Ding Wenjiang, un académico de la Academia de Ingeniería de China, ha superado los tres principales obstáculos: baja resistencia, tolerancia térmica y corta vida útil de las aleaciones de magnesio, lo que convierte al magnesio en un arma importante en la nueva generación de "países grandes" de mi país. "Desempeñó un papel insustituible en el plan de desarrollo. El equipo de Ding Wenjiang también conquistó la tecnología de preparación de lotes de bajo costo de materiales de almacenamiento de hidrógeno a base de magnesio, desarrolló la tecnología de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido líder en el mundo y logró una densidad de almacenamiento de hidrógeno equivalente a la del hidrógeno líquido a temperatura y presión ambiente, haciendo que la energía del hidrógeno sea tanto de alta densidad energética como de alta seguridad; haciendo posible que los materiales de magnesio produzcan "medicina de hidrógeno" por primera vez, los materiales de hidrógeno y magnesio tienen amplias perspectivas de aplicación en los campos de la medicina y Agricultura Los resultados de la investigación del equipo de Ding Wenjiang han llevado el magnesio chino al mundo y lo han puesto a la vanguardia del mundo.

Recientemente, en la 24ª Reunión Anual de la Asociación China para la Ciencia y la Tecnología, organizada conjuntamente por la Sociedad de Materiales Avanzados de la Asociación China para la Ciencia y la Tecnología, la Asociación de Ciencia y Tecnología de Hunan, el Departamento Provincial de Industria y Tecnología de la Información de Hunan, el Departamento Provincial de Ciencia y Tecnología de Hunan y el Gobierno Popular Municipal de Changsha. En el evento especial "Foro Internacional sobre Innovación y Desarrollo de la Industria de Nuevos Materiales", el académico Ding Wenjiang, académico de la Academia China de Ingeniería, pronunció un discurso titulado "Cultivo innovador de magnesio con hidrógeno ligero": "He estado estudiando magnesio durante 38 años. Durante estos 38 años hago principalmente dos cosas: una es estudiar el peso ligero del magnesio y la otra es estudiar el magnesio en la ciencia del hidrógeno porque un átomo de magnesio puede transportar dos átomos de hidrógeno".

"Magnesio ligero"

Según Ding Wenjiang, las reservas de magnesio de mi país son muy ricas y representan aproximadamente el 90% del total mundial. El magnesio tiene varias ventajas: en primer lugar, es muy ligero, su densidad es sólo 1/3 de la del aluminio y 1/4 de la del acero; en segundo lugar, el magnesio tiene un alto coeficiente de amortiguación y el rendimiento de absorción de impactos es muy bueno; en tercer lugar, tiene buena biocompatibilidad. La densidad de las aleaciones de magnesio suele ser de 1,74 a 2,0 g/cm3, que es similar a la densidad ósea natural de 1,8 a 2,1 g/cm3, y tiene buena compatibilidad biomecánica; En cuarto lugar, es más respetuoso con el medio ambiente y las aleaciones de magnesio se pueden reciclar fácilmente sin reducir su rendimiento. Las propiedades mecánicas y la energía consumida durante la regeneración y fusión sólo representan el 4% de la energía consumida en la fabricación de nuevos materiales.

"Por lo tanto, el magnesio es un material importante en la industria aeroespacial, el transporte, la información electrónica, la energía, la biomedicina y otros campos. En el ámbito militar, el magnesio se utiliza principalmente para equipos militares o la fabricación de armas. Debido a que el magnesio emite luz a alta temperatura, también se puede utilizar para petardos o bengalas; en Minkou, el magnesio es uno de los metales no ferrosos ampliamente utilizados en automóviles, productos de TI y ayudas médicas". Ding Wenjiang añadió: "Aunque el tren de alta velocidad ya es una tarjeta de presentación en mi país, los materiales utilizados en el tren de alta velocidad aún deben desarrollarse e innovarse más. Muchas piezas del tren de alta velocidad pueden estar hechas de magnesio liviano, por supuesto, también se debe considerar su estabilidad y resistencia a la corrosión. Este será un nivel de 100 mil millones de yuanes. Según el pronóstico de la Asociación de Investigación de Tecnología de la Industria del Magnesio de Corea, el mercado mundial de magnesio metálico aumentará en un 7,1% anualmente, y alcanzará una escala de 620 millones de dólares estadounidenses en 2026.

"Recientemente, la expansión de la aplicación del magnesio en la defensa nacional también es particularmente fuerte. Si desea crear armas y equipos que puedan impactar más lejos, volar más rápido y tener una vida más larga, los requisitos para materiales livianos son muy altos. Por ejemplo, velocidad hipersónica en el espacio cercano Para los aviones, el uso de magnesio en el marco del ala puede lograr una reducción de peso integral de 100 kg y el alcance aumentará en un 8%, que es superior a 1400 kilómetros; por ejemplo, el antibuque hipersónico Eagle Strike misil, la cabina también ha comenzado a utilizar magnesio, que es la primera vez en el mundo que utiliza magnesio. Hagámoslo". Ding Wenjiang dijo que en el ámbito civil, la atención se ha centrado recientemente en las ruedas de los camiones pesados. Si se utilizan ruedas de magnesio para reemplazar las de aluminio, la energía puede alcanzar al menos el 10%; también hay un bloque motor de vehículo de combustible, que también es muy importante por su bajo peso; y componentes de chasis de automóviles de aleación de magnesio, que pueden considerarse aún más en vehículos de nueva energía. Por un lado, el peso se puede reducir en un 52% después de la fundición a presión integrada.

La aplicación industrial de materiales de aleación de magnesio se ha convertido en los últimos años en un punto de investigación en el campo de los materiales metálicos. Con la vigorosa promoción y el uso de vehículos de nuevas energías, la construcción de trenes de alta velocidad, el avance acelerado en el sector aeroespacial y el rápido desarrollo de las redes 5G, las aleaciones de magnesio aparecerán en los próximos años. La investigación, el desarrollo y la aplicación marcarán el comienzo de mayores oportunidades y perspectivas de mercado. En el futuro, la investigación y el desarrollo de materiales de aleación de magnesio de alto rendimiento y alta gama y la mejora de las capacidades de mecanizado de precisión de piezas complejas de aleación de magnesio de alto rendimiento y bajo costo serán direcciones de desarrollo importantes, impulsando así el desarrollo de equipos livianos y el desarrollo de materiales de aleación de magnesio para grandes proyectos nacionales. La tasa de localización también se acercará al 100%.

"Magnesio de la ciencia del hidrógeno"

Ding Wenjiang señaló en el informe que el magnesio tiene tres aplicaciones principales en el campo de la energía del hidrógeno.

"Uno es el peso ligero de los materiales de magnesio y los vehículos de nueva energía. La gravedad específica del magnesio es muy ligera, sólo 1,74, que es similar al plástico. Un átomo de magnesio puede transportar dos átomos de hidrógeno, que pueden solidificar el hidrógeno en una relación con el hidrógeno, y el hidrógeno se puede curar en determinadas condiciones. También puede salir en determinadas condiciones. Además, una vez que se libera el agua catalizada, el hidrógeno del agua también se puede extraer. De esta manera, la capacidad de almacenamiento de hidrógeno es muy considerable. Los materiales de magnesio son más ligeros en En peso que las piezas estructurales, las piezas estructurales de aleación de magnesio pueden lograr un efecto de reducción de peso del 30%. Además, la resistencia, la vida útil y otros indicadores de rendimiento no son inferiores a las aleaciones de aluminio. El equipo de Ding Wenjiang logró controlarlo mediante la innovación del proceso de preparación. La tecnología de desorción de hidrógeno de la empresa, "que hace que el hidrógeno entre y salga del magnesio sea muy conveniente", también ha preparado una serie de equipos de producción industrial para diferentes escenarios de aplicación.

"El segundo es la integración de materiales de magnesio y la purificación, almacenamiento y transporte de hidrógeno. Para el almacenamiento de magnesio en estado sólido, la entrada de hidrógeno puede no ser muy limpia, pero la pureza del hidrógeno liberado puede alcanzar el 99,999%. Por lo tanto, se llama integración de purificación, almacenamiento y transporte. Costo Por otro lado, en comparación con los remolques de estadio actuales para transportar hidrógeno, el costo integrado de la purificación, el almacenamiento y el transporte de magnesio se puede reducir en aproximadamente un 40% y no se ve afectado por la distancia de almacenamiento. y transporte, y tiene ventajas inherentes en el almacenamiento de hidrógeno en estado sólido a base de magnesio. Los tanques de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido de magnesio-hidrógeno se pueden colocar directamente en el camión grande. Se colocan de 15 a 20 de estos productos en el camión grande, y un solo vehículo puede cargar 1,2 toneladas de hidrógeno, y se puede realizar el supuesto preliminar actual del escenario de aplicación de este producto. Después de 12 años de investigación y desarrollo, el equipo de Ding Wenjiang ha formado una tecnología de producción a gran escala de 30 toneladas, que se puede producir en lotes a bajo costo, y la producción es líder a nivel internacional ", dijo Ding Wenjiang.

"El tercero es el material de magnesio y el sistema de energía de hidrógeno. Generalmente, el tiempo de autocontrol de los drones no excederá la media hora. El uso de sistemas de celdas de combustible de hidruro de magnesio de alta energía y alta densidad para drones puede hacer que los drones vuelen en el aire. Continúe volando durante 10 horas, con un promedio de 55 kilómetros por hora, y el alcance continuo puede alcanzar los 500 kilómetros. Obtenga información sobre la seguridad de los drones en las ciudades, la prevención de incendios forestales y las líneas eléctricas de alto voltaje.
Inspección de dominio. "

Además, Ding Wenjiang también mencionó la investigación relacionada sobre pilas de combustible de hidrógeno para vehículos de nueva energía que el equipo ha estado implementando en los últimos años: "Un electrodo de membrana, una placa bipolar, estos dos son los componentes centrales. Desarrollamos una aleación de magnesio. La placa bipolar se puede remojar en ácido fluorhídrico durante tres meses sin ningún problema, la resistencia a la corrosión es muy fuerte y la gravedad específica es muy ligera, por lo que tiene un gran potencial de aplicación".

"Aleación de biomagnesio"

El magnesio es degradable en el cuerpo humano, evitando la cirugía secundaria, la infección secundaria y el costo adicional que requieren otros biomateriales de uso común. Al mismo tiempo, como material de stent para enfermedades cardiovasculares, puede reducir eficazmente la remodelación negativa de los vasos sanguíneos enfermos, la reestenosis vascular y la hiperplasia de la íntima. Ding Wenjiang dijo: "Las aleaciones de magnesio se pueden utilizar como materiales biológicos. En términos de importancia, el segundo mineral más importante en el cuerpo humano es el magnesio. El magnesio es responsable de importantes funciones de transmisión de energía en las células y ayuda a la membrana celular a regular la cantidad adecuada. La necesidad de calcio promueve la normalización de las funciones fisiológicas. Muchas enfermedades médicas están directamente relacionadas con la deficiencia de magnesio. El magnesio es un elemento muy beneficioso para el cuerpo humano. Japón, Estados Unidos y Europa ahora tienen suplementos de magnesio. " Actualmente, las aleaciones biológicas de magnesio se utilizan principalmente en la preparación de implantes de reparación ósea y armazones de ingeniería de tejidos, tales como armazones cardiovasculares.

"Con respecto a los stents cardiovasculares, los materiales metálicos médicos actualmente utilizados clínicamente incluyen principalmente acero inoxidable, aleaciones a base de cobalto y aleaciones de titanio. Dichos stents permanecerán permanentemente en el cuerpo humano y no pueden degradarse, lo que requiere que los pacientes tomen medicamentos contra el rechazo durante mucho tiempo. Además, es fácil volver a bloquear el stent, lo que requiere una segunda operación, lo cual es muy riesgoso. Si se utilizan materiales de magnesio y se lleva a cabo una degradación controlada, este problema puede resolverse bien".
Hablando de las aleaciones de magnesio como materiales de fijación ósea, Ding Wenjiang dijo: "En la actualidad, los materiales biomédicos ampliamente utilizados en placas óseas y clavos óseos son principalmente titanio, aleaciones de titanio, acero inoxidable, etc., pero todos tienen ciertas limitaciones. Después de ser implantados en el cuerpo humano, debido a que el módulo elástico del material óseo humano no coincide, la fuerza del hueso humano se bloqueará. Además, estos materiales no son degradables en el cuerpo humano. Cuando el hueso del paciente crece y sana, debe eliminarse mediante una segunda operación. Ding Wenjiang añadió: "El material de fijación ósea de aleación de magnesio es más compatible con las propiedades mecánicas del hueso humano, lo que puede evitar eficazmente el efecto de protección contra el estrés. Una vez que el hueso humano haya sanado básicamente, la aleación de magnesio se degradará en pequeñas moléculas no tóxicas e inofensivas, que pasan a través del cuerpo humano. El sistema circulatorio es expulsado del cuerpo, lo que evita el dolor de retirar el clavo de acero y la placa de acero en la segunda operación del paciente, y también ahorra el costo de la operación”.

Ding Wenjiang mencionó además: "Por ejemplo, durante la reimplantación de una mano amputada, se necesita un alambre nervioso. Si se usa un alambre de titanio, permanecerá en el nervio para siempre porque no puede degradarse por la corrosión en el cuerpo humano. Alambre de magnesio, cuando el alambre nervioso crece, el alambre de magnesio puede desaparecer por degradación".

Finalmente, enfatizó que se debe hacer investigación científica efectiva para poder innovar y hacer prototipos tecnológicos. "Si no hay originalidad ni efecto, sino sólo imitación y copia, se trata de una investigación científica ineficaz que desperdicia recursos humanos, materiales y financieros", dijo Ding Wenjiang, "cuando nos involucramos en la ciencia y la ingeniería de materiales, debemos hacer el mejor uso de los materiales y el proceso de formación debe ser flexible". La política de 16 caracteres de "ser bueno en materiales, materiales para convertirse en materiales, materiales para convertirse en herramientas y herramientas para ser fáciles de usar" siempre ha sido el concepto de investigación y desarrollo seguido por el equipo de Ding Wenjiang: "Al investigar nuevos materiales, la ciencia de los materiales y la ingeniería de materiales no pueden separarse, debemos combinar materiales y tecnología. Especialmente en el campo de la ingeniería, debemos prestar más atención a las necesidades del país y al desarrollo de los medios de vida de las personas, integrar estrechamente la investigación académica con el desarrollo de productividad y buscar un mayor espacio de desarrollo después de 40 años de cultivo innovador, el magnesio tendrá un gran potencial en la industria militar y de defensa, el transporte, la biomedicina, el medio ambiente energético, la agricultura verde y más campos desconocidos en el futuro, esperemos y veremos". Ding Wenjiang está lleno de esperanza.