Nanotechnologie nu – Persbericht: Het vinden van de meest hittebestendige stoffen ooit gemaakt: UVA Engineering wint de DOD MURI-prijs voor het bevorderen van materialen voor hoge temperaturen

Home > Media > Vinden van de meest hittebestendige stoffen ooit gemaakt: UVA Engineering wint de DOD MURI-prijs voor het bevorderen van materialen voor hoge temperaturen

Postdoctoraal onderzoeker Sandamal Witharamage (van links) maakt deel uit van het team van professor Elizabeth J. Opila dat nieuwe planetair en geologisch geïnspireerde materialen voor hoge temperaturen ontwikkelt onder een subsidie ​​van het Department of Defense Multidisciplinaire University Research Initiative. CREDIT Universiteit van Virginia School voor Ingenieurswetenschappen en Toegepaste Wetenschappen

Abstract:
De meest duurzame, hittebestendige materialen die ooit zijn gemaakt, kunnen in het volle zicht verborgen zijn.

Het vinden van de meest hittebestendige stoffen ooit gemaakt: UVA Engineering wint de DOD MURI-prijs voor het bevorderen van materialen met hoge temperaturen

Charlottesville, VA | Geplaatst op 8 december 2023

Het Amerikaanse ministerie van Defensie wil weten of mineralen en gesteenten die op aarde en in de ruimte worden aangetroffen, de geheimen bevatten van de volgende generatie materialen voor hoge temperaturen. Om hier achter te komen heeft de DOD via haar Multidisciplinaire University Research Initiative (MURI) 6.25 miljoen dollar toegekend aan een team van de Universiteit van Virginia en de Arizona State University. De groep wordt geleid door Elizabeth J. Opila van UVA, de Rolls-Royce Commonwealth Professor en voorzitter van de afdeling Materials Science and Engineering.

De zeer competitieve MURI financiert fundamenteel wetenschappelijk onderzoek waarvan de DOD hoopt dat het zal leiden tot doorbraken in zijn interessegebieden door collectieve inzichten uit meerdere disciplines.

De rotsen lezen
"Het is een bloeitijd voor materialen met hoge temperaturen vanwege de behoeften op het gebied van energieproductie, hypersonics en nieuwe dingen zoals additieve productie die in het veld opkomen", zei Opila. “[Mensen] verkennen nieuwe compositorische ruimtes waarin je verschillende elementen op verschillende manieren mixt. Bovendien denken we na over deze geologisch en planetair geïnspireerde materialen, wat erg leuk is.”

Mineralen en gesteenten zijn complex vergeleken met de verbindingen waarmee wetenschappers gewoonlijk werken, zei Opila, en daarom is het potentieel van het project opwindend.

“De geologen zijn echt gefocust op hoe de aarde is ontstaan ​​en waar we deze verschillende stoffen kunnen vinden”, zegt Opila. “We willen die kennis meenemen naar de toepassingsruimte.”

Door te selecteren op specifieke fysische eigenschappen, zullen de onderzoekers het gebruik van Moeder Natuur van de minerale samenstelling, temperatuur, druk en de snelle veranderingen in deze krachten kopiëren om hun synthetische materialen te maken. Het doel is om de middelen en ingrediënten waarmee materialen op hoge temperatuur kunnen worden verwerkt dramatisch uit te breiden en voor anderen te documenteren, om alles te overtreffen dat tot nu toe door mensen of de natuur is bedacht.

Op jacht naar vuurvaste materialen
Om tegemoet te komen aan de behoefte aan steeds betere vuurvaste materialen – materialen die bestand zijn tegen verzwakking, smelten of ontleden onder intense hitte of corrosieve omstandigheden, riep het Army Research Office op tot voorstellen over opkomend vuurvast gedrag in aardse en buitenaardse materialen. Naast verschillende doelstellingen zal het team van Opila een groot aantal nieuwe materialen ontwerpen, maken, testen en beschrijven die bedoeld zijn om beter te presteren dan de huidige keramiek, legeringen en coatings die worden gebruikt in intens hete omgevingen – bijvoorbeeld een straalmotor van 3,000 graden.

Opila is een voormalige NASA-wetenschapper en innovator op het gebied van hitte- en corrosiebestendige materialen. Haar medewerkers zijn experts op het gebied van geologie, computationele modellering en materiaalkunde van UVA's School of Engineering and Applied Science en ASU's scholen of Engineering of Matter, Transport and Energy; Moleculaire Wetenschappen; en verkenning van de aarde en de ruimte.

Snelle ontdekking
Opila's co-hoofdonderzoekers van UVA's Engineering zijn Patrick E. Hopkins, de Whitney Stone Professor of Engineering in mechanische en ruimtevaarttechniek, en assistent-professor materiaalkunde en techniek Bi-Cheng Zhou.

Het ExSiTE Lab van Hopkins is gespecialiseerd in lasergebaseerde technieken voor het meten van thermische eigenschappen. Zijn laboratorium zal een belangrijke rol spelen bij het karakteriseren van de materialen die het team bedenkt.

Zhou is een computermodelbouwer die bekend staat om het bedenken van variaties op de CALPHAD-methode om de mogelijkheden ervan uit te breiden. Hij en een andere specialist op het gebied van computationele modellering, ASU assistent-professor in materiaalkunde en techniek Qijun Hong, zullen hun respectieve expertise gebruiken om de ontdekking van veelbelovende ‘recepten’ voor experimentele laboratoria op beide scholen te versnellen.

De ASU-laboratoria worden gerund door Alexandra Navrotsky, een gerenommeerd interdisciplinair expert in thermodynamica en directeur van het Navrotsky Eyring Center for Materials of the Universe, en Hongwu Xu, een mineraloog en materiaalchemicus en professor aan ASU's scholen voor Moleculaire Wetenschappen en Aarde- en Ruimteverkenning .

De teams zullen toekomstige recepten maken en analyseren – waarbij ze vaak monsters uitwisselen om te testen, zei Opila, waarbij haar laboratorium extreme hitte met zich meebrengt, terwijl de ASU-laboratoria intensieve druk en testen op hoge temperatuur toepassen.

Coupons knippen
De synthese van testmonsters begint doorgaans met een element in poedervorm, aldus UVA Ph.D. student Pádraigín Stack, die chemisch wordt gewijzigd om een ​​doelmateriaal of een onderdeel van een doel te isoleren.

De nieuwe samenstelling, die is verdund, verwarmd en weer tot een poeder is gedroogd, wordt vervolgens gesinterd, een proces waarbij voldoende warmte en druk wordt uitgeoefend om een ​​dichte puck van materiaal te vormen. Dunne plakjes van de puck, coupons genoemd, vormen de monsters die onderzoekers aan verschillende tests zullen onderwerpen, bijvoorbeeld door het blootstellen aan stoom met hoge snelheden in het laboratorium van Opila of, bij ASU, het uitoefenen van geologische druk met een diamanten aambeeld.

Naast deze traditionele synthesemethoden zal het team benaderingen uitproberen die zijn geïnspireerd op planetaire of geologische verschijnselen, zoals hydrothermische synthese, die plaatsvindt in verwarmd water bij verhoogde druk. Omdat water overvloedig aanwezig is in het hete, onder druk staande binnenland van de aarde, worden hydrothermische processen in verband gebracht met bijvoorbeeld de vorming van mineralen die zeldzame aardelementen bevatten – cruciale componenten voor veel toepassingen van hernieuwbare energie.

In het laboratorium omvat hydrothermische synthese het vormen van kristallen in een op heet water gebaseerde oplossing in een gesloten vat, zodat gasvormige moleculen die zich bovenop de vloeistof bewegen een hoge dampdruk binnen het systeem uitoefenen.

Het dilemma van zeldzame aardelementen
Eén focus van het MURI-project is het gebruik van zeldzame aardelementen. Veel zeldzame aardelementen worden al gebruikt in conventionele materialen voor hoge temperaturen, zoals milieubarrièrecoatings in de luchtvaart en hypersonische vluchten, maar ook in batterijen, LED-apparaten en andere steeds meer gevraagde producten – maar tegen hoge kosten. Hoewel het niet echt zeldzaam is, vereist het scheiden van de elementen van grond en gesteente tientallen stappen, waarvan de meeste vervuilend zijn.

“Al deze zeldzame aardoxides die we gaan gebruiken zitten nu in mineralen,” zei Opila. ‘Iemand ontgint ze en dan moeten ze ze allemaal scheiden. Ytterbium en lutetium zijn bijvoorbeeld buren in het periodiek systeem. Ze zijn chemisch zo vergelijkbaar dat er 66 stappen nodig zijn, waarbij veel chemicaliën betrokken zijn, wat resulteert in vervelende afvalproducten.”

Het scheidingsprobleem bracht Opila ertoe een vraag te stellen die centraal stond in een ander project waaraan zij en haar studenten werken en dat gerelateerd is aan de MURI: “Wat als je een mineraal neemt dat is gemaakt van elementen die je rechtstreeks uit de grond wilt halen, maar ze niet scheidt, gewoon een beetje opruimen en daar je materiaal van maken?”

Ze experimenteren met xenotiem, een veel voorkomend mineraal, om milieubarrièrecoatings of EBC's te verbeteren, die onderdelen van straalmotoren beschermen tegen gevaren zoals hogesnelheidsstoom en woestijnzand. Ingenomen zand kan tot glas smelten en reageren met de onderliggende legering als dit in de coating infiltreert.

“We weten dat bepaalde mineralen stabiel zijn omdat we ze in de grond kunnen vinden”, zegt Stack. “Je vindt geen metallisch ijzer in de grond, je vindt ijzeroxide omdat ijzeroxide stabiel is. Laten we onderzoeken waarom iets stabiel is, of dat het andere nuttige eigenschappen heeft, en die kennis gebruiken om iets beter te maken.”

####

Voor meer informatie, klik hier

Kontakte:
Jennifer McManamay
Universiteit van Virginia School voor Ingenieurswetenschappen en Toegepaste Wetenschappen
Office: 540-241-4002

Copyright © Universiteit van Virginia School of Engineering en Toegepaste Wetenschappen

Als u een opmerking heeft, alstublieft Neem contact op met ons op.

Uitgevers van nieuwsberichten, niet 7th Wave, Inc. of Nanotechnology Now, zijn zelf verantwoordelijk voor de juistheid van de inhoud.

Bladwijzer:

Gerelateerd nieuws Pers

Nieuws en informatie

Natuurkundigen 'verstrengelen' voor het eerst individuele moleculen, waardoor de mogelijkheden voor kwantuminformatieverwerking worden versneld: in werk dat zou kunnen leiden tot robuustere kwantumcomputers zijn Princeton-onderzoekers erin geslaagd moleculen tot kwantumverstrengeling te dwingen December 8th, 2023

's Werelds eerste logische kwantumprocessor: belangrijke stap op weg naar betrouwbare kwantumcomputers December 8th, 2023

VUB-team ontwikkelt baanbrekende nanobody-technologie tegen leverontsteking December 8th, 2023

Onderzoekers van de Universiteit van Toronto ontdekken een nieuw lipide-nanodeeltje dat spierspecifieke mRNA-afgifte laat zien en off-target-effecten vermindert December 8th, 2023

Mogelijke toekomsten

Natuurkundigen 'verstrengelen' voor het eerst individuele moleculen, waardoor de mogelijkheden voor kwantuminformatieverwerking worden versneld: in werk dat zou kunnen leiden tot robuustere kwantumcomputers zijn Princeton-onderzoekers erin geslaagd moleculen tot kwantumverstrengeling te dwingen December 8th, 2023

's Werelds eerste logische kwantumprocessor: belangrijke stap op weg naar betrouwbare kwantumcomputers December 8th, 2023

VUB-team ontwikkelt baanbrekende nanobody-technologie tegen leverontsteking December 8th, 2023

Onderzoekers van de Universiteit van Toronto ontdekken een nieuw lipide-nanodeeltje dat spierspecifieke mRNA-afgifte laat zien en off-target-effecten vermindert December 8th, 2023

ontdekkingen

Een op kleur gebaseerde sensor om de gevoeligheid van de huid na te bootsen: in een stap naar meer autonome zachte robots en draagbare technologieën hebben EPFL-onderzoekers een apparaat gemaakt dat kleur gebruikt om tegelijkertijd meerdere mechanische en temperatuurstimuli waar te nemen December 8th, 2023

Thermische impact van 3D-stapelende fotonische en elektronische chips: onderzoekers onderzoeken hoe de thermische schade van 3D-integratie kan worden geminimaliseerd December 8th, 2023

Seattle Hub for Synthetic Biology gelanceerd door het Allen Institute, Chan Zuckerberg Initiative en de Universiteit van Washington zal cellen omzetten in opnameapparatuur om geheimen van ziekten te ontsluiten: het eerste onderzoeksinitiatief in zijn soort zal technologieën ontwikkelen om te onthullen hoe veranderingen December 8th, 2023

Presenteren: Op echografie gebaseerd printen van 3D-materialen – mogelijk in het lichaam December 8th, 2023

Materialen/metamaterialen/magnetische weerstand

2D-materiaal hervormt 3D-elektronica voor AI-hardware December 8th, 2023

Poreuze platinamatrix is ​​veelbelovend als nieuw actuatormateriaal November 17th, 2023

Een nieuw soort magnetisme November 17th, 2023

Nieuwe laseropstelling onderzoekt metamateriaalstructuren met ultrasnelle pulsen: de techniek zou de ontwikkeling van akoestische lenzen, slagvaste films en andere futuristische materialen kunnen versnellen November 17th, 2023

Mededelingen

2D-materiaal hervormt 3D-elektronica voor AI-hardware December 8th, 2023

Een op kleur gebaseerde sensor om de gevoeligheid van de huid na te bootsen: in een stap naar meer autonome zachte robots en draagbare technologieën hebben EPFL-onderzoekers een apparaat gemaakt dat kleur gebruikt om tegelijkertijd meerdere mechanische en temperatuurstimuli waar te nemen December 8th, 2023

VUB-team ontwikkelt baanbrekende nanobody-technologie tegen leverontsteking December 8th, 2023

Onderzoekers van de Universiteit van Toronto ontdekken een nieuw lipide-nanodeeltje dat spierspecifieke mRNA-afgifte laat zien en off-target-effecten vermindert December 8th, 2023

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=57427