Nanotehnoloogia nüüd – pressiteade: eales valmistatud kõige kuumakindlamate ainete leidmine: UVA-tehnoloogia kindlustab DOD MURI auhinna kõrge temperatuuriga materjalide edendamiseks

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Avaleht > press > Kõige kuumuskindlamate ainete leidmine, mis eales valmistatud: UVA Engineering kindlustab DOD MURI auhinna kõrge temperatuuriga materjalide edendamiseks

Järeldoktor Sandamal Witharamage (vasakult) on osa professor Elizabeth J. Opila meeskonnast, kes töötab kaitseministeeriumi multidistsiplinaarse ülikooli uurimisalgatuse raames välja uudseid planetaarseid ja geoloogiliselt inspireeritud kõrgtemperatuurseid materjale.

KREDIIT
Virginia ülikooli tehnika- ja rakendusteaduste kool

Abstraktne:
Kõige vastupidavamad ja kuumuskindlamad materjalid, mis eales valmistatud, võivad olla nähtaval kohal.

Kõigi aegade kõige kuumakindlamate ainete leidmine: UVA Engineering tagab DOD MURI auhinna kõrge temperatuuriga materjalide edendamiseks

Charlottesville, VA | Postitatud 8. detsembril 2023

USA kaitseministeerium soovib teada, kas Maalt ja kosmosest leitud mineraalid ja kivimid sisaldavad järgmise põlvkonna kõrge temperatuuriga materjalide saladusi. Selle väljaselgitamiseks andis DOD oma multidistsiplinaarse ülikooli uurimisalgatuse ehk MURI kaudu Virginia ülikooli ja Arizona osariigi ülikooli meeskonnale 6.25 miljonit dollarit. Rühma juhib UVA Elizabeth J. Opila, Rolls-Royce'i Rahvaste Ühenduse professor ja materjaliteaduse ja tehnika osakonna juhataja.

Väga konkurentsivõimeline MURI rahastab fundamentaalseid teadusuuringuid, mille DOD loodab, et see viib läbimurdeni oma huvivaldkondades mitme teadusharu kollektiivsete arusaamade kaudu.

Kaljude lugemine
„Kõrgetemperatuuriliste materjalide jaoks on käes buumiaeg energiatootmise, hüpersoonika ja uute asjade, näiteks lisandite tootmise vajaduse tõttu,“ ütles Opila. "[Inimesed] uurivad uusi kompositsiooniruume, kus segate erinevaid elemente erineval viisil. Lisaks mõtleme sellele geoloogiliselt ja planeetidest inspireeritud materjalidele, mis on väga lõbus.

Mineraalid ja kivimid on keerulised võrreldes ühenditega, millega materjaliteadlased tavaliselt töötavad, ütles Opila, ja seetõttu on projekti potentsiaal põnev.

"Geoloogid keskenduvad tõesti sellele, kuidas maakera tekkis ja kust neid erinevaid aineid leida," ütles Opila. "Tahame need teadmised kasutusele võtta ja rakendusruumi tuua."

Spetsiifiliste füüsikaliste omaduste valimisel kopeerivad teadlased sünteetiliste materjalide valmistamiseks emakese looduse mineraalide koostist, temperatuuri, rõhku ja nende jõudude kiireid muutusi. Eesmärk on dramaatiliselt laiendada ja teistele dokumenteerida vahendeid ja koostisosi, millest saab kõrge temperatuuriga materjale töödelda, et ületada kõik, mida inimesed või loodus on veel välja võlunud.

Tulekindlate materjalide jahil
Tegeledes vajadustega üha paremate tulekindlate materjalide järele – need, mis on tugeva kuumuse või söövitavate tingimuste korral vastupidavad nõrgenemisele, sulamisele või lagunemisele, kutsus armee uurimisamet üles esitama ettepanekuid maapealsete ja maaväliste materjalide esilekerkiva tulekindla käitumise kohta. Mitme eesmärgi hulgas kavandab, valmistab, katsetab ja kirjeldab Opila meeskond hulgaliselt uusi materjale, mis on mõeldud praegusest keraamikast, sulamitest ja kattekihtidest, mida kasutatakse intensiivselt kuumas keskkonnas – näiteks 3,000-kraadise reaktiivmootori puhul.

Opila on endine NASA teadlane ja uuendaja kuuma- ja korrosioonikindlate materjalide vallas. Tema kaastöötajad on geoloogia, arvutusliku modelleerimise ja materjaliteaduse eksperdid UVA tehnika- ja rakendusteaduste koolist ning ASU aine-, transpordi- ja energeetikakoolidest; molekulaarteadused; ning Maa ja kosmoseuuringud.

Kiiresti jälgitav avastus
Opila kaasuurijad UVA inseneritööst on Patrick E. Hopkins, Whitney Stone'i masinaehituse ja kosmosetehnika inseneriprofessor ning materjaliteaduse ja inseneriteaduse abiprofessor Bi-Cheng Zhou.

Hopkinsi ExSiTE Lab on spetsialiseerunud laseripõhistele soojusomaduste mõõtmise tehnikatele. Tema labor aitab iseloomustada materjale, mille meeskond välja pakub.

Zhou on arvutuslik modelleerija, kes on tuntud CALPHAD-meetodi variatsioonide leiutamise poolest, et selle võimalusi laiendada. Tema ja teine arvutusmudelite spetsialist, ASU materjaliteaduse ja inseneriteaduse dotsent Qijun Hong, kasutavad oma vastavaid teadmisi, et kiirendada paljutõotavate "retseptide" avastamist eksperimentaallaborite jaoks, mida mõlemas koolis proovida.

ASU laboreid juhivad Alexandra Navrotsky, tuntud interdistsiplinaarne termodünaamika ekspert ja Navrotsky Eyringi universumi materjalide keskuse direktor, ning Hongwu Xu, mineraloog ja materjalikeemik ning professor ASU molekulaarteaduste ning Maa ja kosmoseuuringute koolides. .

Meeskonnad koostavad ja analüüsivad tulevasi retsepte – vahetades sageli proove testimiseks, ütles Opila, tema labor toob kaasa äärmise kuumuse, samas kui ASU laborid rakendavad nii tugevat survet kui ka kõrgel temperatuuril katsetamist.

Kupongide lõikamine
Katseproovide süntees algab tavaliselt pulbrilise elemendiga, ütles UVA Ph.D. õpilane Pádraigín Stack, mida on keemiliselt muudetud sihtmaterjali või sihtmärgi komponendi isoleerimiseks.

Uut koostist, mis on lahjendatud, kuumutatud ja uuesti pulbriks kuivatatud, paagutatakse – protsessis rakendatakse piisavalt kuumust ja survet, et moodustada tihe materjalipuder. Litri õhukesed viilud, mida nimetatakse kupongideks, pakuvad proove, mida teadlased läbivad mitmesuguste katsetega – näiteks eksponeeritakse seda Opila laboris suurel kiirusel aurule või ASU-s avaldatakse teemant alasiga geoloogilist survet.

Lisaks nendele traditsioonilistele sünteesimeetoditele proovib meeskond lähenemisviise, mis on inspireeritud planetaarsetest või geoloogilistest nähtustest, nagu hüdrotermiline süntees, mis toimub kuumutatud vees kõrgendatud rõhul. Kuna Maa kuumas ja rõhu all olevas sisemuses leidub rohkelt vett, seostatakse hüdrotermilisi protsesse näiteks haruldaste muldmetallide elemente sisaldavate mineraalide moodustumisega, mis on paljude taastuvenergia rakenduste jaoks olulised komponendid.

Laboris hõlmab hüdrotermiline süntees kristallide moodustamist kuumas veepõhises lahuses suletud anumas nii, et vedeliku kohal liikuvad gaasilised molekulid avaldavad süsteemis kõrget aururõhku.

Haruldaste muldmetallide dilemma
Üks MURI projekti fookus on haruldaste muldmetallide elementide kasutamine. Paljusid haruldasi muldmetalli elemente kasutatakse juba tavapärastes kõrge temperatuuriga materjalides, näiteks keskkonnatõkkekatted lennunduses ja ülihelikiirusel lendudes, aga ka akud, LED-seadmed ja muud üha nõudlikumad tooted, kuid see on väga kallis. Kuigi see pole tegelikult haruldane, nõuab elementide eraldamine pinnasest ja kivimist kümneid samme, millest enamik on saastavad.

"Kõik need haruldaste muldmetallide oksiidid, mida kavatseme kasutada, on praegu mineraalides," ütles Opila. „Keegi kaevandab need ja siis peavad nad kõik eraldama. Näiteks ütterbium ja luteetsium on perioodilisuse tabeli naabrid. Need on keemiliselt nii sarnased, et see võtab 66 sammu, mis hõlmavad paljusid kemikaale, mille tulemuseks on ebameeldivad jäätmed.

Eraldusprobleem pani Opila esitama ühe teise projekti, mille kallal ta ja ta õpilased töötavad ja mis on seotud MURI-ga, küsimuse: „Mis siis, kui võtate soovitud elementidest koosneva mineraali otse maapinnast välja, kuid ei eralda neid? lihtsalt puhastage seda natuke ja tehke sellest oma materjal?"

Nad katsetavad ksenotiimi, levinud mineraali, et parandada keskkonnakaitsekatteid ehk EBC-sid, mis kaitsevad reaktiivmootori osi selliste ohtude eest nagu suure kiirusega aur ja kõrbeliiv. Allaneelatud liiv võib sulada klaasiks ja reageerida alussulamiga, kui see kattesse imbub.

"Me teame, et teatud mineraalid on stabiilsed, sest leiame need maapinnast," ütles Stack. "Maa seest ei leia metallilist rauda, vaid raudoksiidi, sest raudoksiid on see, mis on stabiilne. Uurime, miks miski on stabiilne või kas sellel on muid kasulikke omadusi, ja kasutame neid teadmisi millegi paremaks muutmiseks.

####

Lisateabe saamiseks klõpsake nuppu siin

Kontaktid:
Jennifer McManamay
Virginia ülikooli tehnika- ja rakendusteaduste kool
Kontor: 540-241-4002

Autoriõigus © Virginia Ülikooli tehnika- ja rakendusteaduste kool

Kui teil on kommentaar, palun Saada sõnum meile.

Sisu täpsuse eest vastutavad ainuüksi uudisteväljaannete väljaandjad, mitte 7th Wave, Inc. või Nanotechnology Now.

Järjehoidja: