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Katherine Faber

Katherine T. Faber es una científica de materiales estadounidense y una de las principales expertas del mundo en ingeniería cerámica , refuerzo de materiales y materiales de temperatura ultraalta . Faber es profesora Simon Ramo de Ciencia de los Materiales en el Instituto Tecnológico de California (Caltech). [1] Anteriormente fue profesora Walter P. Murphy y directora del departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales en la Escuela McCormick de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad Northwestern . [2]

Faber es conocida por su trabajo en la mecánica de fracturas de materiales frágiles y cerámicas y compuestos relacionados con la energía , incluido el modelo Faber-Evans de deflexión de grietas que lleva su nombre. [3] [4] [5] Su investigación abarca una amplia gama de temas, desde cerámicas para recubrimientos de barrera térmica y ambiental en componentes de generación de energía hasta sólidos porosos para filtros y flujo en aplicaciones médicas. Faber es cofundadora y ex codirectora del Centro de Estudios Científicos en las Artes y también supervisa una serie de esfuerzos de colaboración, especialmente con el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA .

Biografía

Vida temprana y educación

Faber era la hija menor de un aspirante a ingeniero aeronáutico cuya educación se vio interrumpida por la Gran Depresión . [6] Como la única de sus hermanos que tenía interés en las ciencias, su padre la alentó a seguir una educación en ingeniería. Un interés inicial en la química evolucionó a una apreciación por la ingeniería cerámica después de que Faber reconoció su potencial para resolver muchos problemas de ingeniería. Faber finalmente obtuvo su Licenciatura en Ciencias en Ingeniería Cerámica en el New York State College of Ceramics dentro de Alfred University (1975). [2] Completó su Maestría en Ciencias en Ciencias Cerámicas en la Penn State University (1978) donde estudió separación de fases en vidrios con el profesor Guy Rindone. [2] Después de graduarse con su maestría, trabajó durante un año como ingeniera de desarrollo para The Carborundum Company en Niagara Falls, Nueva York , en el desarrollo de carburo de silicio para aplicaciones de alto rendimiento como motores. [7] Después de su año en la industria, Faber decidió realizar un doctorado en Ciencias de los Materiales en la Universidad de California, Berkeley , que completó en 1982. [2] [8]

Enseñanza, reconocimiento

Katherine Faber dando una conferencia sobre el comportamiento mecánico de los sólidos

De 1982 a 1987, Faber se desempeñó como asistente y profesora asociada de Ingeniería Cerámica en la Universidad Estatal de Ohio . [9] Participó en la primera clase del Defense Science Study Group, un programa que presenta a destacados profesores estadounidenses de ciencia e ingeniería los desafíos de seguridad de los Estados Unidos (1985-1988). [10] De 1988 a 2014, enseñó como profesora asociada, profesora y profesora Walter P. Murphy de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de la Universidad Northwestern. Durante su tiempo en Northwestern, se desempeñó como decana asociada de estudios de posgrado e investigación, supervisando más de $ 25 millones en fondos de investigación de la facultad. [11] Luego completó un período de 5 años como directora del departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales en Northwestern, donde también se desempeñó como presidenta del Consejo de Materiales de la Universidad (2001-2002), un grupo colaborativo compuesto por directores de varios programas de materiales de todo Estados Unidos y Canadá. [2] Además, de 2005 a 2007 formó parte del Comité Asesor Científico de la Fuente Avanzada de Fotones en el Laboratorio Nacional Argonne . [2] En 2014, se unió al cuerpo docente de Caltech. [1]

De 2006 a 2007, Faber se desempeñó como presidenta de la Sociedad Estadounidense de Cerámica , [12] y en 2013 fue nombrada miembro vitalicio distinguido en reconocimiento a sus notables contribuciones a la profesión de la cerámica y el vidrio. [12] En 2014, Faber fue elegida miembro de la clase de miembros de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias . [9]

Faber en la recepción de WiMSE

También ha sido reconocida con:

Trabajar

Investigación

La investigación de Katherine Faber abarca una amplia gama de temas de ciencia de los materiales, centrándose en la mecánica de fracturas, materiales con memoria de forma , recubrimientos de barrera ambiental (EBC), fabricación aditiva, compuestos de nitruro de boro y cerámica histórica. Su trabajo sobre materiales con memoria de forma investiga la transformación martensítica en cerámicas a base de zirconia . [14] Mediante técnicas de fundición por congelación , el grupo de investigación de Faber crea estructuras de zirconia porosas que exhiben comportamientos de memoria de forma. A través de la síntesis sol-gel y la fundición por congelación, examina la memoria de forma inducida por estrés y los efectos superelásticos en sistemas de zirconia oligocristalina , abordando el problema del cambio de volumen que causa el agrietamiento prematuro en sistemas a granel. [15]

Conferencia destacada de la Dra. Katherine Faber en la Facultad de Ingeniería de la UC Davis, invierno de 2018

Faber también explora la durabilidad de los recubrimientos de barrera ambiental (EBC) en aplicaciones de alta temperatura, como los motores de turbinas de gas . [16] Los EBC son esenciales para proteger los compuestos de matriz cerámica (CMC) de la degradación en entornos de combustión. Su investigación profundiza en los modos de daño, incluida la oxidación de la capa de revestimiento de unión y el desajuste de los coeficientes de expansión térmica , que conducen al agrietamiento y al desconchado . Faber emplea técnicas avanzadas como rayos X de alta intensidad en la Fuente de Fotones Avanzada (APS) para medir las tensiones internas, las tensiones y la evolución del daño en los sistemas EBC, con el objetivo de comprender los mecanismos y las tasas de falla por oxidación y mejorar la vida útil de estos recubrimientos. [17]

En colaboración con el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, Faber trabaja en el desarrollo de propulsores de efecto Hall mediante el desarrollo de un material compuesto que combina nitruro de boro hexagonal (h-BN) y grafito. [18] La naturaleza frágil del BN a granel plantea desafíos bajo cargas dinámicas, lo que impulsó al grupo de Faber a crear un sistema en capas donde el h-BN se cultiva sobre grafito mediante reducción carbotérmica a alta temperatura . Este material compuesto combina las propiedades deseables de ambos componentes, ofreciendo emisividad térmica, inercia química y resistencia al choque térmico, al tiempo que aborda los problemas de oxidación y fragilidad en entornos dinámicos. [19]

El grupo de investigación de Faber también examina cerámicas históricas, específicamente porcelana de Meissen , para comprender y autenticar la loza lustrosa de Böttger . [20] Utilizando métodos científicos como difracción de rayos X , microscopía electrónica de barrido y caracterización química, su grupo investiga la composición y las técnicas de fabricación de la loza lustrosa. Al realizar ingeniería inversa de estos artefactos históricos, su investigación proporciona información sobre los materiales y procesos utilizados en las fábricas de Meissen de principios del siglo XVIII, lo que contribuye al conocimiento histórico y la preservación de estos importantes artefactos culturales. Sus intereses de investigación también incluyen cerámicas a base de silicio y compuestos de matriz cerámica; [1] cerámicas multifuncionales derivadas de polímeros; [12] cerámicas celulares a base de grafito y carburo de silicio sintetizadas a partir de andamios naturales, como madera pirolizada; [12] y ciencia del patrimonio cultural , [9] con énfasis en porcelanas y jades . [10]

Modelo de deflexión de grietas

Artículo principal: Modelo Faber-Evans

Katherine Faber en los Premios ACS 2013

Katherine Faber y su asesor de doctorado, Anthony G. Evans , introdujeron por primera vez un modelo de materiales de mecánica diseñado para predecir la mejora de la tenacidad a la fractura en cerámica. Esto se logra teniendo en cuenta la deflexión de la grieta alrededor de las partículas de la segunda fase propensas a la microfisura dentro de una matriz. [21] El modelo considera la morfología de las partículas , la relación de aspecto, el espaciamiento y la fracción de volumen de la segunda fase. Además, tiene en cuenta la disminución de la intensidad de la tensión local en la punta de la grieta cuando se produce la deflexión o el arqueamiento del plano de la grieta.

Faber demostró que, mediante el uso de técnicas de obtención de imágenes, se puede determinar la tortuosidad real de la grieta, lo que permite la entrada directa de ángulos de deflexión y arqueamiento en el modelo. El aumento posterior de la tenacidad de la fractura se contrasta luego con el de una grieta plana en una matriz simple. El grado de endurecimiento depende de la deformación por desajuste resultante de la incompatibilidad de contracción térmica y la resistencia a la microfractura en la interfaz partícula/matriz. [22] Este efecto de endurecimiento se vuelve prominente cuando las partículas presentan una distribución de tamaño estrecha y tienen el tamaño adecuado.

El análisis de Faber reveló que la tenacidad a la fractura, independientemente de la morfología, está determinada principalmente por la torsión más severa del frente de la grieta en lugar de su inclinación inicial. Si bien la inclinación inicial del frente de la grieta contribuye a un endurecimiento significativo en el caso de partículas con forma de disco, el componente de torsión sigue siendo el factor dominante en la mejora de la tenacidad. [23] Además, demostró que la distribución del espaciamiento entre partículas juega un papel crucial en el efecto de endurecimiento de las partículas esféricas. Específicamente, la tenacidad aumenta cuando las esferas están muy próximas, lo que hace que los ángulos de torsión se acerquen a π/2. Estos conocimientos de Faber formaron la base para diseñar materiales cerámicos de dos fases más resistentes. El modelo de Faber-Evans es ampliamente utilizado por los científicos de materiales para indicar que los materiales con granos aproximadamente equiaxiales pueden experimentar un aumento de la tenacidad a la fractura de aproximadamente el doble del valor del límite de grano debido a los efectos de deflexión. [24] [25]

Iniciativas

Faber es cofundador y codirector del Centro de Estudios Científicos en las Artes de la Universidad Northwestern y el Instituto de Arte de Chicago (NU-ACCESS), una colaboración entre la Universidad Northwestern y el Instituto de Arte de Chicago en la que se utilizan técnicas analíticas y caracterización avanzada de materiales para promover la ciencia de la conservación de artefactos históricos. [2] NU-ACCESS, el primer centro de su tipo, ofrece oportunidades para que científicos y académicos de una variedad de instituciones utilicen las instalaciones del centro para estudiar sus colecciones. [26]

Vida personal

Faber está casada con el físico de materia condensada y actual presidente del Instituto de Tecnología de California, Thomas F. Rosenbaum . [27] Comenzaron sus carreras en el Instituto de Tecnología de California en 2013 después de que Rosenbaum hiciera la transición de su puesto anterior como profesor de servicio distinguido John T. Wilson de Física y rector universitario de la Universidad de Chicago . [28] Juntos, tienen dos hijos, Daniel y Michael.

Véase también

Publicaciones seleccionadas

Faber es autora de más de 150 artículos, ha escrito tres capítulos de libros y ha editado un libro, Semiconductors and Semimetals: The Mechanical Properties of Semiconductors v. 37. [ 12] [29] En 2003, el Instituto de Información Científica la reconoció como autora altamente citada en ciencia de los materiales. [2]

Referencias

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  2. ^ abcdefghijklmno «Faber, Katherine | Facultad». Northwestern Engineering . Consultado el 2 de diciembre de 2019 .
  3. ^ "Katherine T. Faber". División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Caltech . Consultado el 19 de octubre de 2022 .
  4. ^ "Noticias | El profesor Faber recibe el premio John Jeppson". Caltech Materials Science . 21 de abril de 2015. Archivado desde el original el 28 de junio de 2023. Consultado el 23 de octubre de 2022 .
  5. ^ Kamble, Mithil; Lakhnot, Aniruddha Singh; Koratkar, Nikhil; Picu, Catalin R. (1 de junio de 2020). "Endurecimiento de mesoescala inducido por heterogeneidad en nanocompuestos poliméricos". Materialia . 11 : 100673. doi : 10.1016/j.mtla.2020.100673 . ISSN  2589-1529.
  6. ^ "Katherine Faber". EngineerGirl . Consultado el 30 de octubre de 2022 .
  7. ^ "Katherine Faber". EngineerGirl . Consultado el 9 de agosto de 2021 .
  8. ^ Hatch, Sybil (2006). Cambiando nuestro mundo: historias reales de mujeres ingenieras (1.ª ed.). Reston, VA: Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles. ISBN 978-0-7844-0841-4.
  9. ^ abc "Katherine T. Faber". The American Ceramic Society . Consultado el 2 de diciembre de 2019 .
  10. ^ ab Madsen, Lynnette D. (febrero de 2016). Cien perfiles inspiradores de mujeres exitosas en el campo de la cerámica y el vidrio . John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-73360-8.OCLC 953526292  .
  11. ^ abcd Madsen, Lynnette (2016). Mujeres exitosas científicas e ingenieras en cerámica y vidrio: 100 perfiles inspiradores (1.ª ed.). Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-1-118-73360-8.
  12. ^ abcde «La Sociedad Americana de Cerámica anuncia la selección de Faber, Gauckler y Messing como miembros vitalicios distinguidos de 2013». Sociedad Americana de Cerámica . 22 de julio de 2013. Consultado el 2 de diciembre de 2019 .
  13. ^ "Archivos del premio John Jeppson". The American Ceramic Society . Consultado el 23 de octubre de 2022 .
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  22. ^ Faber, KT; Evans, AG (1 de abril de 1983). "Procesos de deflexión de grietas: II. Experimento". Acta Metallurgica . 31 (4): 577–584. doi :10.1016/0001-6160(83)90047-0. ISSN  0001-6160.
  23. ^ Faber, KT; Evans, Anthony G. (1983). "Endurecimiento por deflexión por grietas intergranulares en carburo de silicio". Revista de la Sociedad Cerámica Americana . 66 (6): C–94–C-95. doi :10.1111/j.1151-2916.1983.tb10084.x. ISSN  0002-7820.
  24. ^ Liu, Haiyan; Weisskopf, Karl-L.; Petzow, Gunter (1989). "Proceso de deflexión de grietas para compuestos cerámicos reforzados con filamentos prensados ​​en caliente". Revista de la Sociedad Cerámica Americana . 72 (4): 559–563. doi :10.1111/j.1151-2916.1989.tb06175.x. ISSN  0002-7820.
  25. ^ Carter, David H.; Hurley, George F. (1987). "La deflexión de grietas como mecanismo de endurecimiento en el MoSi2 reforzado con filamentos de SiC". Revista de la Sociedad Cerámica Americana . 70 (4): C–79-C-81. doi :10.1111/j.1151-2916.1987.tb04992.x. ISSN  0002-7820.
  26. ^ "Centro de Estudios Científicos en las Artes – Universidad Northwestern". scienceforart.northwestern.edu . Consultado el 31 de marzo de 2023 .
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