Teraz nanotechnologia – komunikat prasowy: Znalezienie najbardziej odpornych na ciepło substancji, jakie kiedykolwiek wyprodukowano: UVA Engineering zdobywa nagrodę DOD MURI za udoskonalanie materiałów wysokotemperaturowych

Strona główna > Naciśnij przycisk > Znalezienie najbardziej odpornych na ciepło substancji, jakie kiedykolwiek wyprodukowano: UVA Engineering zdobywa nagrodę DOD MURI za rozwój materiałów wysokotemperaturowych

Sandamal Witharamage (od lewej) ze stopniem doktora Sandamal Witharamage (od lewej) należy do zespołu profesor Elizabeth J. Opily opracowującego nowatorskie materiały wysokotemperaturowe inspirowane planetami i geologią w ramach grantu Multidyscyplinarnej Uniwersyteckiej Inicjatywy Badawczej Departamentu Obrony. KREDYT Szkoła Inżynierii i Nauk Stosowanych Uniwersytetu Wirginii

Abstrakcyjny:
Najbardziej trwałe i odporne na ciepło materiały, jakie kiedykolwiek stworzono, mogą być ukryte na widoku.

Znalezienie najbardziej odpornych na ciepło substancji, jakie kiedykolwiek wyprodukowano: UVA Engineering zdobywa nagrodę DOD MURI za rozwój materiałów wysokotemperaturowych

Charlottesville, Wirginia | Opublikowano 8 grudnia 2023 r

Departament Obrony USA chce wiedzieć, czy minerały i skały znalezione na Ziemi i w kosmosie skrywają tajemnice materiałów wysokotemperaturowych nowej generacji. Aby się tego dowiedzieć, Departament Obrony przyznał w ramach swojej Multidyscyplinarnej Inicjatywy Badawczej Uniwersyteckiej (MURI) 6.25 miliona dolarów zespołowi z Uniwersytetu Wirginii i Uniwersytetu Stanowego w Arizonie. Grupą kieruje Elizabeth J. Opila z UVA, profesor Rolls-Royce Commonwealth i kierownik Wydziału Nauki i Inżynierii Materiałowej.

Departament Obrony ma nadzieję, że wysoce konkurencyjny MURI finansuje podstawowe badania naukowe, które doprowadzą do przełomów w obszarach zainteresowań dzięki zbiorowym spostrzeżeniom z wielu dyscyplin.

Czytanie skał
„To okres rozkwitu materiałów wysokotemperaturowych ze względu na potrzeby w zakresie produkcji energii, hiperdźwięków i nowych rozwiązań, takich jak produkcja przyrostowa, które pojawiają się w terenie” – powiedział Opila. „[Ludzie] odkrywają nowe przestrzenie kompozycyjne, w których miesza się różne elementy na różne sposoby. Co więcej, myślimy o materiałach inspirowanych geologią i planetami, co jest świetną zabawą.

Minerały i skały są złożone w porównaniu z materiałami, z którymi zwykle pracują naukowcy, stwierdziła Opila, i dlatego potencjał projektu jest tak ekscytujący.

„Geolodzy naprawdę skupiają się na tym, jak powstała Ziemia i gdzie możemy znaleźć te różne substancje” – powiedziała Opila. „Chcemy wykorzystać tę wiedzę i przenieść ją do przestrzeni zastosowań”.

Wybierając określone właściwości fizyczne, badacze skopiują sposób, w jaki Matka Natura wykorzystuje skład minerałów, temperaturę, ciśnienie i szybkie zmiany tych sił, aby wytworzyć materiały syntetyczne. Celem jest radykalne rozszerzenie i udokumentowanie dla innych środków i składników, z których można przetwarzać materiały wysokotemperaturowe, aby przewyższyć wszystko, co zostało jeszcze wyczarowane przez ludzi lub naturę.

W poszukiwaniu materiałów ogniotrwałych
Wychodząc naprzeciw zapotrzebowaniu na coraz lepsze materiały ogniotrwałe — takie, które są odporne na osłabienie, topienie lub rozkład pod wpływem intensywnego ciepła lub warunków korozyjnych, Biuro Badań Armii wezwało do składania wniosków w sprawie pojawiających się zachowań ogniotrwałych w materiałach ziemskich i pozaziemskich. Wśród kilku celów zespół Opili zaprojektuje, wykona, przetestuje i opisze szereg nowych materiałów, które mają przewyższać obecną ceramikę, stopy i powłoki stosowane w bardzo gorących środowiskach – na przykład silnik odrzutowy o temperaturze 3,000 stopni.

Opila jest byłym naukowcem NASA i innowatorem w dziedzinie materiałów odpornych na ciepło i korozję. Jej współpracownikami są eksperci w dziedzinie geologii, modelowania obliczeniowego i nauk o materiałach ze Szkoły Inżynierii i Nauk Stosowanych UVA oraz szkół Inżynierii Materii, Transportu i Energii ASU; Nauki molekularne; oraz eksploracja Ziemi i kosmosu.

Szybkie odkrycie
Współgłównymi badaczami Opili z wydziału inżynierii UVA są Patrick E. Hopkins, profesor inżynierii w Whitney Stone w dziedzinie inżynierii mechanicznej i lotniczej oraz adiunkt w dziedzinie nauk o materiałach i inżynierii Bi-Cheng Zhou.

Laboratorium ExSiTE firmy Hopkins specjalizuje się w laserowych technikach pomiaru właściwości termicznych. Jego laboratorium odegra kluczową rolę w scharakteryzowaniu materiałów opracowanych przez zespół.

Zhou to specjalista ds. modelowania obliczeniowego znany z wymyślania odmian metody CALPHAD w celu rozszerzenia jej możliwości. On i inny specjalista ds. modelowania obliczeniowego, adiunkt ASU w dziedzinie nauk o materiałach i inżynierii, Qijun Hong, wykorzystają swoją wiedzę specjalistyczną do szybkiego odkrycia obiecujących „przepisów” do laboratoriów eksperymentalnych do wypróbowania w obu szkołach.

Laboratoria ASU są prowadzone przez Alexandrę Navrotsky, znaną interdyscyplinarną ekspertkę w dziedzinie termodynamiki i dyrektor Centrum Materiałów Wszechświata Navrotsky'ego Eyringa, oraz Hongwu Xu, mineraloga i chemika materiałowego oraz profesora w szkołach nauk molekularnych oraz eksploracji Ziemi i Kosmosu ASU .

Zespoły będą tworzyć i analizować przyszłe receptury, często wymieniając próbki do testów, powiedziała Opila, a jej laboratorium zapewnia ekstremalne temperatury, podczas gdy laboratoria ASU stosują intensywne ciśnienie i testy w wysokiej temperaturze.

Odcinanie kuponów
Synteza próbek testowych zazwyczaj rozpoczyna się od pierwiastka w postaci proszku, powiedział dr UVA. student Pádraigín Stack, który jest chemicznie modyfikowany w celu wyizolowania materiału docelowego lub składnika celu.

Nowa kompozycja, która została rozcieńczona, podgrzana i wysuszona na proszek, jest następnie spiekana. W procesie tym stosuje się wystarczającą ilość ciepła i ciśnienia, aby utworzyć gęsty krążek materiału. Cienkie plasterki krążka, zwane kuponami, stanowią próbki, które badacze poddadzą różnym testom – na przykład wystawieniu go na działanie pary przy dużych prędkościach w laboratorium Opili lub, w ASU, poprzez zastosowanie ciśnienia podobnego do geologicznego za pomocą diamentowego kowadła.

Oprócz tradycyjnych metod syntezy zespół wypróbuje podejścia inspirowane zjawiskami planetarnymi lub geologicznymi, takie jak synteza hydrotermalna, która zachodzi w podgrzanej wodzie pod podwyższonym ciśnieniem. Ponieważ w gorącym, pod ciśnieniem wnętrzu Ziemi występuje dużo wody, procesy hydrotermalne są powiązane na przykład z powstawaniem minerałów zawierających pierwiastki ziem rzadkich – składniki krytyczne w wielu zastosowaniach energii odnawialnej.

W laboratorium synteza hydrotermalna polega na tworzeniu kryształów w roztworze na bazie gorącej wody w zamkniętym naczyniu, tak że cząsteczki gazu poruszające się nad cieczą wywierają w systemie wysokie ciśnienie pary.

Dylemat pierwiastków ziem rzadkich
Jednym z celów projektu MURI jest wykorzystanie pierwiastków ziem rzadkich. Wiele pierwiastków ziem rzadkich jest już stosowanych w konwencjonalnych materiałach wysokotemperaturowych, takich jak powłoki barierowe dla środowiska w lotnictwie i lotach hipersonicznych, a także w bateriach, urządzeniach LED i innych produktach, na które jest coraz większy popyt – ale za to wiąże się to z ogromnymi kosztami. Choć w rzeczywistości nie jest to rzadkie, oddzielenie pierwiastków od gleby i skał wymaga kilkudziesięciu kroków, z których większość powoduje zanieczyszczenie.

„Wszystkie tlenki metali ziem rzadkich, których będziemy używać, znajdują się obecnie w minerałach” – powiedziała Opila. „Ktoś je wydobywa, a potem musi je wszystkie rozdzielić. Na przykład iterb i lutet są sąsiadami w układzie okresowym. Są tak podobne pod względem chemicznym, że potrzeba 66 kroków obejmujących wiele substancji chemicznych, w wyniku czego powstają paskudne produkty odpadowe.

Problem separacji skłonił Opilę do zadania pytania w związku z innym projektem, nad którym ona i jej uczniowie pracują, a który jest związany z MURI: „A co, jeśli weźmiesz minerał złożony z wybranych pierwiastków prosto z ziemi, ale nie rozdzielisz ich, po prostu trochę to oczyść i zrób z tego materiał?”

Eksperymentują z ksenotymem, pospolitym minerałem, w celu ulepszenia powłok barierowych dla środowiska, czyli EBC, które chronią części silników odrzutowych przed zagrożeniami, takimi jak para o dużej prędkości i piasek pustynny. Połknięty piasek może stopić się i przekształcić w szkło i wejść w reakcję z leżącym pod spodem stopem, jeśli przedostanie się przez powłokę.

„Wiemy, że niektóre minerały są stabilne, ponieważ możemy je znaleźć w ziemi” – powiedział Stack. „Nie znajdziesz metalicznego żelaza w ziemi, znajdziesz tlenek żelaza, ponieważ tlenek żelaza jest tym, co jest stabilne. Zbadajmy, dlaczego coś jest stabilne lub ma inne przydatne właściwości, i wykorzystajmy tę wiedzę, aby ulepszyć coś”.

####

Aby uzyskać więcej informacji, kliknij tutaj

Łączność:
Jennifer McManamay
Szkoła Inżynierii i Nauk Stosowanych Uniwersytetu Wirginii
Biuro: 540-241-4002

Prawa autorskie © Szkoła Inżynierii i Nauk Stosowanych Uniwersytetu Wirginii

Jeśli masz komentarz, proszę Kontakt my.

Wydawcy komunikatów prasowych, a nie 7th Wave, Inc. lub Nanotechnology Now, ponoszą wyłączną odpowiedzialność za dokładność treści.

Zakładka:

Powiązane wiadomości Prasa

Wiadomości i informacje

Fizycy po raz pierwszy „splatają” pojedyncze cząsteczki, przyspieszając możliwości przetwarzania informacji kwantowej: w pracach, które mogą prowadzić do solidniejszych obliczeń kwantowych, naukowcom z Princeton udało się zmusić cząsteczki do splątania kwantowego Grudnia 8th, 2023

Pierwszy na świecie logiczny procesor kwantowy: kluczowy krok w kierunku niezawodnych obliczeń kwantowych Grudnia 8th, 2023

Zespół VUB opracowuje przełomową technologię nanociał przeciw zapaleniu wątroby Grudnia 8th, 2023

Naukowcy z Uniwersytetu w Toronto odkrywają nową nanocząsteczkę lipidową, która dostarcza mRNA specyficzne dla mięśni, zmniejszając efekty niepożądane: wyniki badań w znaczący sposób przyczyniają się do wytwarzania specyficznych tkankowo, ulegających jonizacji lipidów i skłaniają do ponownego przemyślenia zasad projektowania szczepionek mRNA Grudnia 8th, 2023

Możliwe futures

Fizycy po raz pierwszy „splatają” pojedyncze cząsteczki, przyspieszając możliwości przetwarzania informacji kwantowej: w pracach, które mogą prowadzić do solidniejszych obliczeń kwantowych, naukowcom z Princeton udało się zmusić cząsteczki do splątania kwantowego Grudnia 8th, 2023

Pierwszy na świecie logiczny procesor kwantowy: kluczowy krok w kierunku niezawodnych obliczeń kwantowych Grudnia 8th, 2023

Zespół VUB opracowuje przełomową technologię nanociał przeciw zapaleniu wątroby Grudnia 8th, 2023

Naukowcy z Uniwersytetu w Toronto odkrywają nową nanocząsteczkę lipidową, która dostarcza mRNA specyficzne dla mięśni, zmniejszając efekty niepożądane: wyniki badań w znaczący sposób przyczyniają się do wytwarzania specyficznych tkankowo, ulegających jonizacji lipidów i skłaniają do ponownego przemyślenia zasad projektowania szczepionek mRNA Grudnia 8th, 2023

Odkrycia

Czujnik oparty na kolorze imitujący wrażliwość skóry: w stronę bardziej autonomicznych miękkich robotów i technologii noszenia, badacze z EPFL stworzyli urządzenie, które wykorzystuje kolor do jednoczesnego wykrywania wielu bodźców mechanicznych i temperaturowych Grudnia 8th, 2023

Wpływ termiczny układanych w stosy 3D chipów fotonicznych i elektronicznych: naukowcy badają, w jaki sposób można zminimalizować kary termiczne wynikające z integracji 3D Grudnia 8th, 2023

Centrum Biologii Syntetycznej w Seattle uruchomione przez Instytut Allena, Inicjatywę Chan Zuckerberg i Uniwersytet Waszyngtoński zamieni komórki w urządzenia rejestrujące, które pozwolą odkryć tajemnice chorób: Grudnia 8th, 2023

Prezentacja: Ultradźwiękowy druk materiałów 3D – potencjalnie wewnątrz ciała Grudnia 8th, 2023

Materiały/Metamateriały/Magnetoopór

Materiał 2D zmienia kształt elektroniki 3D na potrzeby sprzętu AI Grudnia 8th, 2023

Porowata matryca platynowa jest obiecująca jako nowy materiał na siłownik Listopada 17th, 2023

Nowy rodzaj magnetyzmu Listopada 17th, 2023

Nowa konfiguracja lasera bada struktury metamateriałowe za pomocą ultraszybkich impulsów: technika ta może przyspieszyć rozwój soczewek akustycznych, folii odpornych na uderzenia i innych futurystycznych materiałów Listopada 17th, 2023

Ogłoszenia

Materiał 2D zmienia kształt elektroniki 3D na potrzeby sprzętu AI Grudnia 8th, 2023

Czujnik oparty na kolorze imitujący wrażliwość skóry: w stronę bardziej autonomicznych miękkich robotów i technologii noszenia, badacze z EPFL stworzyli urządzenie, które wykorzystuje kolor do jednoczesnego wykrywania wielu bodźców mechanicznych i temperaturowych Grudnia 8th, 2023

Zespół VUB opracowuje przełomową technologię nanociał przeciw zapaleniu wątroby Grudnia 8th, 2023

Naukowcy z Uniwersytetu w Toronto odkrywają nową nanocząsteczkę lipidową, która dostarcza mRNA specyficzne dla mięśni, zmniejszając efekty niepożądane: wyniki badań w znaczący sposób przyczyniają się do wytwarzania specyficznych tkankowo, ulegających jonizacji lipidów i skłaniają do ponownego przemyślenia zasad projektowania szczepionek mRNA Grudnia 8th, 2023

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=57427