نانوتکنولوژی اکنون - بیانیه مطبوعاتی: یافتن مقاوم ترین مواد ساخته شده در برابر حرارت: مهندسی UVA جایزه DOD MURI را برای پیشرفت مواد با دمای بالا تضمین می کند

بازنشر افلاطون

دنبال: 0

صفحه اصلی > رسانه ها و مطبوعات > یافتن مقاوم ترین مواد ساخته شده در برابر حرارت: مهندسی UVA جایزه DOD MURI را برای پیشبرد مواد با دمای بالا تضمین می کند.

محقق فوق دکتری سندامال ویتاراماج (از سمت چپ) بخشی از تیم پروفسور الیزابت جی. اوپیلا است که در حال توسعه مواد جدید در دمای بالا با الهام از سیاره‌ها و زمین‌شناسی تحت کمک هزینه طرح تحقیقاتی دانشگاه چند رشته‌ای وزارت دفاع است. دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه CREDIT ویرجینیا

Postdoctoral researcher Sandamal Witharamage (from left) is part of Professor Elizabeth J. Opila’s team developing novel planetary- and geologically inspired high-temperature materials under a Department of Defense Multidisciplinary University Research Initiative grant.

اعتبار
دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه ویرجینیا

چکیده:
بادوام ترین و مقاوم ترین موادی که تا به حال ساخته شده اند می توانند در معرض دید عموم پنهان شوند.

یافتن مقاوم ترین مواد ساخته شده در برابر حرارت: UVA Engineering جایزه DOD MURI را برای پیشبرد مواد با دمای بالا تضمین می کند.

شارلوتزویل، ویرجینیا | ارسال شده در 8 دسامبر 2023

وزارت دفاع ایالات متحده می‌خواهد بداند آیا مواد معدنی و سنگ‌های یافت شده در زمین و فضا راز نسل بعدی مواد با دمای بالا را در خود جای داده‌اند یا خیر. برای پی بردن به این موضوع، وزارت دفاع 6.25 میلیون دلار از طریق ابتکار تحقیقات دانشگاه چند رشته ای یا MURI به تیمی از دانشگاه ویرجینیا و دانشگاه ایالتی آریزونا اعطا کرد. این گروه توسط الیزابت جی. اوپیلا از UVA، پروفسور رولز رویس مشترک المنافع و رئیس دپارتمان علوم و مهندسی مواد هدایت می شود.

MURI بسیار رقابتی، تحقیقات علمی بنیادی را تأمین می کند که وزارت دفاع امیدوار است از طریق بینش جمعی از رشته های مختلف به پیشرفت هایی در زمینه های مورد علاقه خود منجر شود.

خواندن صخره ها
اوپیلا گفت: «این زمان رونق برای مواد با دمای بالا به دلیل نیاز به تولید انرژی، فراصوت و چیزهای جدیدی مانند تولید مواد افزودنی در این زمینه است. «[مردم] در حال کاوش در فضاهای ترکیبی جدید هستند که در آن عناصر مختلف را به روش‌های مختلف با هم ترکیب می‌کنید. علاوه بر این، ما به این مواد الهام گرفته از زمین شناسی و سیاره ای فکر می کنیم که بسیار سرگرم کننده است.

اوپیلا گفت که کانی ها و سنگ ها در مقایسه با ترکیباتی که دانشمندان معمولاً با آنها کار می کنند پیچیده هستند و به همین دلیل پتانسیل این پروژه هیجان انگیز است.

اوپیلا گفت: «زمین شناسان واقعاً روی چگونگی شکل گیری زمین و اینکه کجا می توانیم این مواد مختلف را پیدا کنیم، متمرکز هستند. ما می خواهیم آن دانش را بگیریم و آن را به فضای کاربردی بیاوریم.»

محققان با انتخاب خواص فیزیکی خاص، استفاده مادر طبیعت از ترکیب مواد معدنی، دما، فشار و تغییرات سریع در این نیروها را برای ساخت مواد مصنوعی خود کپی خواهند کرد. هدف این است که ابزارها و مواد تشکیل دهنده ای را که از طریق آنها می توان مواد با دمای بالا را برای پیشی گرفتن از هر چیزی که توسط مردم یا طبیعت ساخته شده است، پردازش کرد و برای دیگران مستندسازی کرد.

در شکار مواد نسوز
دفتر تحقیقات ارتش با توجه به نیاز به مواد نسوز همیشه بهتر - موادی که در برابر ضعیف شدن، ذوب شدن یا تجزیه شدن در شرایط گرمای شدید یا خورنده مقاومت می کنند، خواستار پیشنهاداتی در مورد رفتارهای نسوز اضطراری در زمین و مواد فرازمینی شد. در میان چندین هدف، تیم اوپیلا مجموعه‌ای از مواد جدید را طراحی، ساخت، آزمایش و توصیف خواهد کرد که برای عملکرد بهتر از سرامیک‌ها، آلیاژها و پوشش‌های فعلی مورد استفاده در محیط‌های به شدت گرم استفاده می‌شوند - به عنوان مثال، یک موتور جت 3,000 درجه.

اوپیلا دانشمند سابق ناسا و مبتکر در مواد مقاوم در برابر حرارت و خوردگی است. همکاران او متخصصان زمین‌شناسی، مدل‌سازی محاسباتی و علم مواد از دانشکده مهندسی و علوم کاربردی UVA و دانشکده‌های مهندسی ماده، حمل‌ونقل و انرژی ASU هستند. علوم مولکولی; و زمین و اکتشاف فضا.

کشف سریع ردیابی
محققین اصلی اوپیلا از مهندسی UVA، پاتریک ای. هاپکینز، پروفسور مهندسی ویتنی استون در مهندسی مکانیک و هوافضا، و استادیار علوم و مهندسی مواد، بی چنگ ژو هستند.

آزمایشگاه ExSiTE هاپکینز در تکنیک های مبتنی بر لیزر برای اندازه گیری خواص حرارتی تخصص دارد. آزمایشگاه او در توصیف موادی که تیم به دست می‌آورد بسیار مؤثر خواهد بود.

ژو یک مدل ساز محاسباتی است که به دلیل ابداع تغییرات در روش CALPHAD برای گسترش قابلیت های آن شناخته شده است. او و یکی دیگر از متخصصان مدل‌سازی محاسباتی، استادیار ASU در علوم و مهندسی مواد، Qijun Hong، از تخصص مربوطه خود برای ردیابی سریع «دستورالعمل‌های» امیدوارکننده برای آزمایشگاه‌های تجربی برای آزمایش در هر دو مدرسه استفاده خواهند کرد.

آزمایشگاه‌های ASU توسط الکساندرا ناوروتسکی، کارشناس بین‌رشته‌ای مشهور در ترمودینامیک و مدیر مرکز ناوروتسکی آیرینگ برای مواد جهان، و هونگوو ژو، کانی‌شناس و شیمی‌دان مواد و استاد دانشکده‌های علوم مولکولی و اکتشافات زمین و فضا اداره می‌شوند. .

اوپیلا گفت که تیم ها دستور العمل های آینده نگر را تهیه و تجزیه و تحلیل خواهند کرد - اغلب نمونه ها را برای آزمایش تبادل می کنند، در حالی که آزمایشگاه او گرمای شدید را به همراه دارد، در حالی که آزمایشگاه های ASU فشار شدید و همچنین آزمایش دمای بالا را اعمال می کنند.

برش کوپن
دکتر UVA گفت: سنتز نمونه های آزمایشی معمولاً با یک عنصر به شکل پودر شروع می شود. پشته Pádraigín دانش آموز، که از نظر شیمیایی برای جداسازی یک ماده هدف یا جزء یک هدف تغییر می کند.

ترکیب جدید که رقیق شده، گرم شده و دوباره به صورت پودر خشک شده است، سپس زینتر می شود، فرآیندی که حرارت و فشار کافی برای تشکیل یک پک متراکم از مواد را اعمال می کند. برش‌های نازکی از کیسه که کوپن نامیده می‌شوند، نمونه‌هایی را ارائه می‌دهند که محققان تحت آزمایش‌های مختلفی قرار می‌دهند – برای مثال، قرار دادن آن در معرض بخار با سرعت بالا در آزمایشگاه Opila یا در ASU، اعمال فشارهای زمین‌شناسی مانند با سندان الماس.

علاوه بر این روش‌های سنتز سنتی، این تیم رویکردهایی را با الهام از پدیده‌های سیاره‌ای یا زمین‌شناسی، مانند سنتز گرمابی، که در آب گرم با فشار بالا رخ می‌دهد، امتحان خواهد کرد. از آنجایی که آب در فضای داخلی گرم و تحت فشار زمین فراوان است، فرآیندهای هیدروترمال به عنوان مثال با تشکیل مواد معدنی حاوی عناصر کمیاب خاکی مرتبط است - اجزای حیاتی برای بسیاری از کاربردهای انرژی تجدیدپذیر.

در آزمایشگاه، سنتز هیدروترمال شامل تشکیل کریستال‌ها در محلول مبتنی بر آب داغ در یک ظرف بسته است، به طوری که مولکول‌های گازی که در بالای مایع حرکت می‌کنند، فشار بخار بالایی را در سیستم وارد می‌کنند.

معضل عناصر کمیاب زمین
یکی از تمرکزهای پروژه MURI استفاده از عناصر کمیاب خاکی است. بسیاری از عناصر خاکی کمیاب در حال حاضر در مواد مرسوم با دمای بالا، مانند پوشش‌های مانع محیطی در هوانوردی و پروازهای مافوق صوت، و همچنین باتری‌ها، دستگاه‌های LED و سایر محصولاتی که به طور فزاینده‌ای در تقاضا هستند، استفاده می‌شوند - اما با هزینه‌ای گزاف. اگرچه در واقع نادر نیست، جداسازی عناصر از خاک و سنگ به ده ها مرحله نیاز دارد که بیشتر آنها آلوده کننده هستند.

اوپیلا گفت: "همه این اکسیدهای خاکی کمیاب که ما از آنها استفاده خواهیم کرد در حال حاضر در مواد معدنی هستند." "یکی آنها را مین گذاری می کند و سپس آنها باید همه آنها را از هم جدا کنند. به عنوان مثال، ایتربیوم و لوتسیم در جدول تناوبی همسایه هستند. آنها از نظر شیمیایی بسیار شبیه به هم هستند، به طوری که 66 مرحله شامل بسیاری از مواد شیمیایی است که منجر به تولید مواد زائد بد می شود.

مشکل جداسازی اوپیلا را بر آن داشت تا در قلب پروژه دیگری که او و دانش‌آموزانش روی آن کار می‌کنند و مربوط به MURI است، سؤالی بپرسد: «اگر یک ماده معدنی ساخته شده از عناصری را که می‌خواهید مستقیماً از زمین بیرون بیاورید، اما آنها را جدا نکنید، چه؟ فقط کمی آن را تمیز کنید و مواد خود را از آن بسازید؟"

آن‌ها در حال آزمایش زنوتیم، یک ماده معدنی رایج، برای بهبود پوشش‌های مانع محیطی یا EBC هستند که از قطعات موتور جت در برابر خطراتی مانند بخار با سرعت بالا و شن‌های صحرا محافظت می‌کنند. شن بلعیده شده می تواند به شیشه تبدیل شود و در صورت نفوذ به پوشش، با آلیاژ زیرین واکنش نشان دهد.

استک گفت: "ما می دانیم که برخی از مواد معدنی پایدار هستند زیرا می توانیم آنها را در زمین پیدا کنیم." شما آهن فلزی را در زمین پیدا نمی کنید، اکسید آهن را پیدا می کنید زیرا اکسید آهن چیزی است که پایدار است. بیایید بررسی کنیم که چرا چیزی پایدار است یا خواص مفید دیگری دارد و از آن دانش برای بهتر کردن چیزی استفاده کنیم.

####

برای اطلاعات بیشتر، لطفا کلیک کنید اینجا کلیک نمایید

تماس با ما:
جنیفر مک منامی
دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه ویرجینیا
دفتر مرکزی: 540-241-4002

کپی رایت © دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه ویرجینیا

اگر نظری دارید بفرمایید تماس با ما ما.

مسئولیت صحت محتوا به عهده صادرکنندگان انتشارات خبری است، نه موج هفتم، شرکت یا نانوتکنولوژی اکنون.

نشانک: