Nanoteknologi Kini - Siaran Pers: Menemukan Zat Paling Tahan Panas yang Pernah Dibuat: Rekayasa UVA Raih Penghargaan DOD MURI Untuk Memajukan Material Suhu Tinggi

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

Beranda > Tekan > Menemukan bahan paling tahan panas yang pernah dibuat: UVA Engineering mendapatkan penghargaan DOD MURI untuk memajukan bahan bersuhu tinggi

Peneliti pascadoktoral Sandamal Witharamage (dari kiri) adalah bagian dari tim Profesor Elizabeth J. Opila yang mengembangkan material bersuhu tinggi yang terinspirasi dari planet dan geologi di bawah hibah Inisiatif Penelitian Universitas Multidisiplin Departemen Pertahanan.

KREDIT
Fakultas Teknik dan Sains Terapan Universitas Virginia

Abstrak:
Bahan paling tahan lama dan tahan panas yang pernah dibuat bisa jadi tersembunyi di depan mata.

Menemukan bahan paling tahan panas yang pernah dibuat: UVA Engineering mendapatkan penghargaan DOD MURI untuk memajukan bahan bersuhu tinggi

Charlottesville, Virginia | Diposting pada 8 Desember 2023

Departemen Pertahanan AS ingin mengetahui apakah mineral dan batuan yang ditemukan di Bumi dan di luar angkasa menyimpan rahasia material bersuhu tinggi generasi mendatang. Untuk mengetahuinya, DOD memberikan $6.25 juta melalui Multidisciplinary University Research Initiative, atau MURI, kepada tim dari University of Virginia dan Arizona State University. Kelompok ini dipimpin oleh Elizabeth J. Opila dari UVA, Profesor Rolls-Royce Commonwealth dan ketua Departemen Ilmu dan Teknik Material.

MURI yang sangat kompetitif mendanai penelitian ilmiah mendasar yang diharapkan Departemen Pertahanan akan menghasilkan terobosan di bidang minatnya melalui wawasan kolektif dari berbagai disiplin ilmu.

Membaca Batu
“Ini adalah masa booming untuk material bersuhu tinggi karena kebutuhan dalam produksi energi, hipersonik, dan hal-hal baru seperti manufaktur aditif yang muncul di lapangan,” kata Opila. “[Orang-orang] menjelajahi ruang komposisi baru tempat Anda mencampurkan berbagai elemen dengan cara berbeda. Selain itu, kami juga memikirkan material yang terinspirasi dari geologi dan planet ini, dan ini sangat menyenangkan.”

Mineral dan batuan sangatlah kompleks dibandingkan dengan bahan senyawa yang biasa digunakan oleh para ilmuwan, kata Opila, dan itulah mengapa potensi proyek ini sangat menarik.

“Para ahli geologi sangat fokus pada bagaimana bumi terbentuk dan di mana kita dapat menemukan berbagai zat ini,” kata Opila. “Kami ingin mengambil pengetahuan itu dan membawanya ke dalam ruang penerapan.”

Dengan memilih sifat fisik tertentu, para peneliti akan meniru penggunaan komposisi mineral, suhu, tekanan, dan perubahan cepat gaya-gaya ini di Alam, untuk membuat bahan sintetis. Tujuannya adalah untuk secara dramatis memperluas, dan mendokumentasikan bagi orang lain, cara dan bahan-bahan yang dapat digunakan untuk memproses bahan bersuhu tinggi hingga melampaui apa pun yang dapat dihasilkan oleh manusia atau alam.

Sedang Berburu Bahan Tahan Api
Untuk memenuhi kebutuhan akan material tahan api yang lebih baik – yaitu material yang tahan terhadap pelemahan, peleburan, atau penguraian di bawah panas terik atau kondisi korosif, Kantor Penelitian Angkatan Darat menyerukan proposal mengenai Perilaku Refraktori yang Muncul di Bumi dan Material Luar Bumi. Di antara beberapa tujuan, tim Opila akan merancang, membuat, menguji, dan mendeskripsikan sejumlah material baru yang dimaksudkan untuk mengungguli keramik, paduan, dan pelapis saat ini yang digunakan di lingkungan yang sangat panas — misalnya, mesin jet 3,000 derajat.

Opila adalah mantan ilmuwan NASA dan inovator dalam bidang material tahan panas dan korosi. Kolaboratornya adalah para ahli di bidang geologi, pemodelan komputasi, dan ilmu material dari Fakultas Teknik dan Sains Terapan UVA dan fakultas Teknik Materi, Transportasi, dan Energi ASU; Ilmu Molekuler; dan Eksplorasi Bumi dan Luar Angkasa.

Penemuan Pelacakan Cepat
Peneliti utama Opila dari Teknik UVA adalah Patrick E. Hopkins, Profesor Teknik Whitney Stone di bidang teknik mesin dan ruang angkasa, dan asisten profesor ilmu dan teknik material Bi-Cheng Zhou.

Lab ExSiTE Hopkins berspesialisasi dalam teknik berbasis laser untuk mengukur sifat termal. Laboratoriumnya akan berperan penting dalam mengkarakterisasi materi yang dihasilkan tim.

Zhou adalah seorang pemodel komputasi yang dikenal karena menciptakan variasi pada metode CALPHAD untuk memperluas kemampuannya. Dia dan spesialis pemodelan komputasi lainnya, asisten profesor ASU di bidang ilmu dan teknik material Qijun Hong, akan menggunakan keahlian mereka masing-masing untuk mempercepat penemuan “resep” yang menjanjikan untuk dicoba di laboratorium eksperimental di kedua sekolah.

Laboratorium ASU dijalankan oleh Alexandra Navrotsky, pakar interdisipliner ternama di bidang termodinamika dan direktur Navrotsky Eyring Center for Materials of the Universe, dan Hongwu Xu, ahli mineralogi dan kimia material serta profesor di sekolah Ilmu Molekuler dan Eksplorasi Bumi dan Luar Angkasa ASU. .

Tim akan membuat dan menganalisis calon resep – sering kali menukar sampel untuk pengujian, kata Opila, dengan laboratoriumnya membawa panas yang ekstrem, sementara laboratorium ASU menerapkan tekanan kuat serta pengujian suhu tinggi.

Kupon Kliping
Sintesis sampel uji biasanya dimulai dengan unsur dalam bentuk bubuk, kata UVA Ph.D. siswa Pádraigín Stack, yang diubah secara kimia untuk mengisolasi bahan target, atau komponen target.

Komposisi baru, yang telah diencerkan, dipanaskan dan dikeringkan kembali menjadi bubuk, kemudian disinter, suatu proses yang memberikan panas dan tekanan yang cukup untuk membentuk bahan keping padat. Irisan tipis dari keping, yang disebut kupon, memberikan sampel yang akan diuji oleh para peneliti – misalnya, memaparkannya pada uap dengan kecepatan tinggi di laboratorium Opila atau, di ASU, menerapkan tekanan seperti geologis dengan landasan berlian.

Selain metode sintesis tradisional ini, tim akan mencoba pendekatan yang terinspirasi oleh fenomena planet atau geologi, seperti sintesis hidrotermal, yang terjadi pada air panas pada tekanan tinggi. Karena air berlimpah di bagian dalam bumi yang panas dan bertekanan, proses hidrotermal berhubungan dengan, misalnya, pembentukan mineral yang mengandung unsur tanah jarang – yang merupakan komponen penting dalam banyak aplikasi energi terbarukan.

Di laboratorium, sintesis hidrotermal melibatkan pembentukan kristal dalam larutan berbahan dasar air panas dalam wadah tertutup sehingga molekul gas yang bergerak di atas cairan memberikan tekanan uap tinggi di dalam sistem.

Dilema Unsur Tanah Langka
Salah satu fokus proyek MURI adalah pemanfaatan unsur tanah jarang. Banyak unsur tanah jarang telah digunakan dalam material konvensional bersuhu tinggi, seperti pelapis penghalang lingkungan dalam penerbangan dan penerbangan hipersonik, serta baterai, perangkat LED, dan produk lain yang semakin banyak diminati – namun dengan biaya yang mahal. Meskipun sebenarnya tidak jarang, memisahkan unsur-unsur dari tanah dan batuan memerlukan banyak langkah, yang sebagian besar menimbulkan polusi.

“Semua oksida tanah jarang yang akan kami gunakan saat ini ada dalam mineral,” kata Opila. “Seseorang menambangnya dan kemudian mereka harus memisahkan semuanya. Misalnya, ytterbium dan lutetium bertetangga dalam tabel periodik. Secara kimiawi keduanya sangat mirip, sehingga diperlukan 66 langkah yang melibatkan banyak bahan kimia sehingga menghasilkan produk limbah yang tidak enak.”

Masalah pemisahan ini membuat Opila mengajukan pertanyaan yang mendasari proyek lain yang ia dan murid-muridnya kerjakan terkait dengan MURI: “Bagaimana jika Anda mengambil mineral yang terbuat dari unsur-unsur yang Anda inginkan langsung dari dalam tanah tetapi tidak memisahkannya, bersihkan saja sedikit dan buat bahanmu dari itu?”

Mereka bereksperimen dengan xenotime, mineral umum, untuk meningkatkan lapisan penghalang lingkungan, atau EBC, yang melindungi bagian-bagian mesin jet dari bahaya seperti uap berkecepatan tinggi dan pasir gurun. Pasir yang tertelan dapat meleleh menjadi kaca dan bereaksi dengan paduan di bawahnya jika menyusup ke lapisan.

“Kami mengetahui mineral tertentu stabil karena kami dapat menemukannya di dalam tanah,” kata Stack. “Anda tidak akan menemukan besi metalik di dalam tanah, Anda akan menemukan oksida besi karena oksida besilah yang stabil. Mari kita telusuri mengapa sesuatu itu stabil, atau apakah sesuatu itu mempunyai sifat berguna lainnya, dan gunakan pengetahuan itu untuk membuat sesuatu menjadi lebih baik.”

####

Untuk informasi lebih lanjut, silakan klik di sini

Kontak:
Jennifer McManamay
Fakultas Teknik dan Sains Terapan Universitas Virginia
Kantor: 540-241-4002

Hak Cipta © Fakultas Teknik dan Sains Terapan Universitas Virginia

Jika Anda punya komentar, silakan Kontak kita.

Penerbit rilis berita, bukan 7th Wave, Inc. atau Nanotechnology Now, semata-mata bertanggung jawab atas keakuratan konten.

Bookmark: