Nanotechnológia most – Sajtóközlemény: A valaha készült leghőállóbb anyagok megtalálása: Az UVA Engineering DOD MURI-díjjal biztosítja a magas hőmérsékletű anyagok fejlesztését

Újra kiadta Platón

Követő: 0

Kezdőlap > nyomja meg > A valaha készült leghőállóbb anyagok megtalálása: az UVA Engineering DOD MURI díjat nyert a magas hőmérsékletű anyagok fejlesztéséért

Sandamal Witharamage posztdoktori kutató (balról) Elizabeth J. Opila professzor csapatának tagja, akik új, planetáris és geológiai ihletésű, magas hőmérsékletű anyagokat fejlesztenek a Védelmi Minisztérium Multidiszciplináris Egyetemi Kutatási Kezdeményezése keretében. CREDIT University of Virginia School of Engineering and Applied Science

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.

HITEL
A Virginia Egyetem Műszaki és Alkalmazott Tudományok Kara

Absztrakt:
A valaha készült legtartósabb, leghőállóbb anyagok jól láthatóak lehetnek.

A valaha készült leghőállóbb anyagok megtalálása: az UVA Engineering DOD MURI díjat nyer a magas hőmérsékletű anyagok fejlesztéséért

Charlottesville, VA | Feladás dátuma: 8. december 2023

Az amerikai védelmi minisztérium azt szeretné tudni, hogy a Földön és az űrben talált ásványok és kőzetek rejtik-e a következő generációs, magas hőmérsékletű anyagok titkait. Ennek kiderítésére a DOD 6.25 millió dollárt adományozott a Multidiszciplináris Egyetemi Kutatási Kezdeményezésen (MURI) keresztül a Virginiai Egyetem és az Arizonai Állami Egyetem csapatának. A csoportot az UVA munkatársa, Elizabeth J. Opila, a Rolls-Royce Commonwealth professzora és az Anyagtudományi és Mérnöki Tanszék elnöke vezeti.

A rendkívül versenyképes MURI fundamentális tudományos kutatásokat finanszíroz, a DOD reményei szerint több tudományágból származó kollektív betekintés révén áttöréshez vezet érdeklődési területein.

A sziklák olvasása
„A magas hőmérsékletű anyagok fellendülésének időszaka az energiatermelés, a hiperszonika és az olyan újdonságok miatt, mint a terepen megjelenő újdonságok, például az additív gyártás” – mondta Opila. „[Az emberek] új kompozíciós tereket fedeznek fel, ahol különböző módon kevered a különböző elemeket. Ráadásul ezekre a geológiai és planetáris ihletésű anyagokra gondolunk, ami nagyon szórakoztató.”

Az ásványok és a kőzetek összetettek azokhoz a vegyületekhez képest, amelyekkel az anyagkutatók általában dolgoznak, mondta Opila, és ezért izgalmas a projektben rejlő lehetőségek.

„A geológusok valóban arra összpontosítanak, hogyan keletkezett a Föld, és hol találjuk meg ezeket a különböző anyagokat” – mondta Opila. „Szeretnénk átvenni ezt a tudást és bevinni az alkalmazási térbe.”

A speciális fizikai tulajdonságokat választva a kutatók lemásolják az anyatermészet ásványi összetételét, hőmérsékletét, nyomását és ezeknek az erőknek a gyors változásait, hogy előállítsák szintetikus anyagaikat. A cél az, hogy drámai módon kibővítsék és mások számára dokumentálják azokat az eszközöket és összetevőket, amelyekből a magas hőmérsékletű anyagok feldolgozhatók, hogy felülmúlják mindazt, amit az emberek vagy a természet megidézett.

A tűzálló anyagok vadászatáról
Az egyre jobb tűzálló anyagok iránti igények kielégítésére – amelyek ellenállnak a gyengülésnek, olvadásnak vagy lebomlásnak erős hő vagy korrozív körülmények között – a Hadsereg Kutatóiroda javaslatokat kért a Földön és a Földön kívüli anyagokban fellépő tűzálló viselkedésekről. Több célkitűzés mellett az Opila csapata egy sor új anyagot tervez, gyárt, tesztel és ír le, amelyek célja, hogy felülmúlják a jelenlegi kerámiákat, ötvözeteket és bevonatokat, amelyeket erősen meleg környezetben használnak – például egy 3,000 fokos sugárhajtóművet.

Opila a NASA egykori tudósa és a hő- és korrózióálló anyagok újítója. Munkatársai a geológia, a számítási modellezés és az anyagtudomány szakértői az UVA Műszaki és Alkalmazott Tudományok Iskolából, valamint az ASU Anyagmérnöki, Közlekedési és Energiatudományi Iskolából; Molekuláris Tudományok; valamint a Föld és az űrkutatás.

Gyorsított felfedezés
Az Opila vezető kutatói az UVA Engineering részlegéből Patrick E. Hopkins, a Whitney Stone gépész- és repülőgépmérnöki professzor, valamint Bi-Cheng Zhou anyagtudományi és mérnöki adjunktus.

A Hopkins ExSiTE Lab a termikus tulajdonságok mérésére szolgáló lézer alapú technikákra specializálódott. Laboratóriuma nagyban hozzájárul majd a csapat által kidolgozott anyagok jellemzéséhez.

Zhou egy számítási modellező, aki arról ismert, hogy a CALPHAD módszer variációit találta ki, hogy bővítse képességeit. Ő és egy másik számítástechnikai modellezési szakember, az ASU anyagtudományi és mérnöki adjunktusa, Qijun Hong, szakértelmüket felhasználva gyorsítsák fel az ígéretes „receptek” felfedezését a kísérleti laboratóriumok számára, amelyeket mindkét iskolában kipróbálhatnak.

Az ASU laborjait Alexandra Navrotsky, a termodinamika neves interdiszciplináris szakértője és a Navrotsky Eyring Center for Materials of the Universe igazgatója, valamint Hongwu Xu ásványkutató és anyagkémikus, valamint az ASU molekuláris tudományok, valamint a föld- és űrkutatási iskolák professzora vezeti. .

A csapatok elkészítik és elemzik a leendő recepteket – gyakran kicserélik a mintákat a tesztelés céljából, Opila elmondta, hogy a laboratóriuma extrém hőt hoz, míg az ASU laboratóriumai intenzív nyomást és magas hőmérsékletű tesztelést alkalmaznak.

Vágó kuponok
A tesztminták szintézise jellemzően egy por alakú elemmel kezdődik – mondta az UVA Ph.D. diák Pádraigín Stack, amelyet kémiailag módosítottak, hogy izolálják a célanyagot vagy a cél egy komponensét.

Az új készítményt, amelyet felhígítottak, felmelegítettek és visszaszárítottak porrá, majd szinterelik, ez az eljárás elegendő hőt és nyomást alkalmaz ahhoz, hogy sűrű anyagkorongot képezzen. A korongból készült vékony szeletek, az úgynevezett kuponok szolgáltatják a mintákat, amelyeket a kutatók különféle teszteknek vetnek alá – például Opila laboratóriumában nagy sebességgel gőzhatásnak teszik ki, vagy az ASU-ban gyémánt üllővel geológiai jellegű nyomást gyakorolnak.

A hagyományos szintézismódszereken kívül a csapat olyan planetáris vagy geológiai jelenségek által inspirált megközelítéseket is kipróbál, mint például a hidrotermális szintézis, amely felmelegített vízben, megemelt nyomáson megy végbe. Mivel a Föld forró, nyomás alatti belsejében bőséges a víz, a hidrotermikus folyamatok például ritkaföldfém-elemeket tartalmazó ásványok képződésével járnak, amelyek számos megújulóenergia-alkalmazás kritikus összetevői.

A laboratóriumban a hidrotermális szintézis magában foglalja a kristályok képzését forró vizes oldatban egy zárt edényben úgy, hogy a folyadék tetején mozgó gáznemű molekulák magas gőznyomást fejtsenek ki a rendszeren belül.

A ritkaföldfémek dilemmája
A MURI projekt egyik fókuszában a ritkaföldfémek hasznosítása áll. Sok ritkaföldfém elemet már használnak a hagyományos, magas hőmérsékletű anyagokban, például a légi közlekedésben és a hiperszonikus repülésben a környezeti védőbevonatokban, valamint az akkumulátorokban, a LED-es eszközökben és más, egyre keresettebb termékekben – de drágán. Bár valójában nem ritka, az elemek talajtól és kőzettől való elválasztása több tucat lépést igényel, amelyek többsége szennyező.

„Minden ritkaföldfém-oxid, amit használni fogunk, jelenleg ásványokban található” – mondta Opila. „Valaki kiaknázza őket, majd szét kell választani őket. Például az itterbium és a lutécium szomszédos a periódusos rendszerben. Kémiailag annyira hasonlóak, hogy 66 lépést vesz igénybe, sok vegyi anyag bevonásával, ami csúnya hulladéktermékeket eredményez.

Az elválasztási probléma arra késztette Opilát, hogy egy másik, a MURI-val kapcsolatos projektjének középpontjában kérdést tegyen fel: „Mi van, ha egy olyan ásványt, amely azokból az elemekből áll, amelyeket szeretne, egyenesen kivesz a földből, de nem választja szét őket? csak takarítsd ki egy kicsit, és készíts belőle anyagot?”

Kísérleteznek a xenotimmal, egy általános ásványi anyaggal, hogy javítsák a környezeti védőbevonatokat vagy az EBC-ket, amelyek megvédik a sugárhajtóművek alkatrészeit az olyan veszélyektől, mint a nagy sebességű gőz és a sivatagi homok. A lenyelt homok üveggé olvadhat, és reakcióba léphet az alatta lévő ötvözettel, ha beszivárog a bevonatba.

"Tudjuk, hogy bizonyos ásványok stabilak, mert megtaláljuk őket a talajban" - mondta Stack. „Nem fémvasat találunk a földben, hanem vas-oxidot, mert a vas-oxid az, ami stabil. Vizsgáljuk meg, miért stabil valami, vagy van-e más hasznos tulajdonsága, és használjuk fel ezt a tudást valami jobbá tételére.”

####

További információért kattintson a gombra itt

Elérhetőségek:
Jennifer McManamay
A Virginia Egyetem Műszaki és Alkalmazott Tudományok Kara
Iroda: 540-241-4002

Ha van észrevétele, kérem Kapcsolat minket.

A tartalom pontosságáért kizárólag a sajtóközlemények kiadói felelősek, nem pedig a 7th Wave, Inc. vagy a Nanotechnology Now.

Könyvjelző: