Nanotechnology Now - Comunicat de presă: Găsirea celor mai rezistente la căldură substanțe produse vreodată: UVA Engineering asigură premiul DOD MURI pentru promovarea materialelor la temperatură înaltă

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

Acasă > Anunturi > Găsirea celor mai rezistente la căldură substanțe produse vreodată: UVA Engineering asigură premiul DOD MURI pentru avansarea materialelor la temperatură înaltă

Cercetătorul postdoctoral Sandamal Witharamage (din stânga) face parte din echipa profesorului Elizabeth J. Opila care dezvoltă materiale noi la temperatură înaltă inspirate din punct de vedere planetar și geologic, în cadrul unui grant al Departamentului de Apărare pentru Inițiativa de Cercetare Universitară Multidisciplinară.

CREDIT
Școala de Inginerie și Științe Aplicate de la Universitatea din Virginia

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.

CREDIT
Școala de Inginerie și Științe Aplicate de la Universitatea din Virginia

Rezumat:
Cele mai durabile și rezistente la căldură materiale realizate vreodată ar putea fi ascunse la vedere.

Găsirea celor mai rezistente la căldură substanțe produse vreodată: UVA Engineering asigură premiul DOD MURI pentru avansarea materialelor la temperatură înaltă

Charlottesville, VA | Postat pe 8 decembrie 2023

Departamentul de Apărare al SUA vrea să știe dacă mineralele și rocile găsite pe Pământ și în spațiu dețin secretele materialelor de ultimă generație la temperatură înaltă. Pentru a afla, DOD a acordat 6.25 milioane de dolari prin intermediul inițiativei sale multidisciplinare de cercetare universitară, sau MURI, unei echipe de la Universitatea din Virginia și Universitatea de Stat din Arizona. Grupul este condus de Elizabeth J. Opila de la UVA, profesor Rolls-Royce Commonwealth și președinte al Departamentului de Știința și Inginerie a Materialelor.

MURI, extrem de competitiv, finanțează cercetarea științifică fundamentală, despre care DOD speră că va duce la descoperiri în domeniile sale de interes prin perspective colective din mai multe discipline.

Citirea Stâncilor
„Este o perioadă de boom pentru materialele la temperatură înaltă din cauza nevoilor de producție de energie, hipersonici și lucruri noi, cum ar fi fabricarea aditivă, care apar în domeniu”, a spus Opila. „[Oamenii] explorează noi spații compoziționale în care amesteci diferite elemente în moduri diferite. În plus, ne gândim la aceste materiale de inspirație geologică și planetară, ceea ce este foarte distractiv.”

Mineralele și rocile sunt complexe în comparație cu compușii materiale cu care lucrează de obicei oamenii de știință, a spus Opila, și de aceea potențialul proiectului este incitant.

„Geologii sunt cu adevărat concentrați asupra modului în care s-a format pământul și unde putem găsi aceste substanțe diferite”, a spus Opila. „Vrem să luăm aceste cunoștințe și să le aducem în spațiul de aplicații.”

Selectând proprietăți fizice specifice, cercetătorii vor copia utilizarea de către Mama Natură a compoziției minerale, a temperaturii, a presiunii și a schimbărilor rapide ale acestor forțe, pentru a face materialele lor sintetice. Scopul este de a extinde dramatic și de a documenta pentru alții mijloacele și ingredientele din care materialele la temperatură înaltă pot fi procesate pentru a depăși orice evocat încă de oameni sau natură.

La vânătoarea de materiale refractare
Răspunzând nevoilor de materiale refractare din ce în ce mai bune - cele care rezistă slăbirii, topirii sau descompunerii în condiții de căldură intensă sau corozive, Biroul de Cercetare al Armatei a cerut propuneri privind comportamentele refractare emergente în Pământ și materiale extraterestre. Printre mai multe obiective, echipa lui Opila va proiecta, produce, testa și descrie o serie de materiale noi menite să depășească ceramica, aliajele și acoperirile actuale utilizate în medii extrem de calde - de exemplu, un motor cu reacție de 3,000 de grade.

Opila este un fost om de știință NASA și inovator în materiale rezistente la căldură și la coroziune. Colaboratorii ei sunt experți în geologie, modelare computațională și știința materialelor de la Școala de Inginerie și Științe Aplicate a UVA și școlile de Inginerie a materiei, transporturilor și energiei din ASU; Științe Moleculare; și Explorarea Pământului și a spațiului.

Descoperire cu urmărire rapidă
Co-investigatorii principali ai lui Opila de la UVA’s Engineering sunt Patrick E. Hopkins, profesor de inginerie Whitney Stone în inginerie mecanică și aerospațială și profesor asistent de știința materialelor și inginerie Bi-Cheng Zhou.

ExSiTE Lab de la Hopkins este specializat în tehnici bazate pe laser pentru măsurarea proprietăților termice. Laboratorul său va fi esențial în caracterizarea materialelor cu care vine echipa.

Zhou este un modelator computațional cunoscut pentru că a inventat variații ale metodei CALPHAD pentru a-și extinde capacitățile. El și un alt specialist în modelare computațională, profesor asistent ASU în știința materialelor și inginerie Qijun Hong, își vor folosi expertiza respectivă pentru a accelera descoperirea de „rețete” promițătoare pentru laboratoarele experimentale pe care să le încerce la ambele școli.

Laboratoarele ASU sunt conduse de Alexandra Navrotsky, un renumit expert interdisciplinar în termodinamică și director al Centrului Navrotsky Eyring pentru Materialele Universului, și Hongwu Xu, mineralog și chimist de materiale și profesor la școlile de Științe Moleculare și Explorarea Pământului și Spațiului din ASU. .

Echipele vor crea și vor analiza rețete potențiale – schimbând adesea mostre pentru testare, a spus Opila, laboratorul ei aduce căldură extremă, în timp ce laboratoarele ASU aplică presiune intensă, precum și teste la temperatură înaltă.

Cupoane de tăiere
Sinteza probelor de testare începe de obicei cu un element sub formă de pulbere, a spus UVA Ph.D. student Pádraigín Stack, care este modificat chimic pentru a izola un material țintă sau o componentă a unei ținte.

Noua compoziție, care a fost diluată, încălzită și uscată înapoi la o pulbere, este apoi sinterizată, un proces care aplică suficientă căldură și presiune pentru a forma un puck dens de material. Feliile subțiri din disc, numite cupoane, furnizează mostrele pe care cercetătorii le vor supune diferitelor teste - de exemplu, expunerea acestuia la abur la viteze mari în laboratorul lui Opila sau, la ASU, aplicarea unor presiuni asemănătoare geologice cu o nicovală de diamant.

Pe lângă aceste metode tradiționale de sinteză, echipa va încerca abordări inspirate de fenomene planetare sau geologice, precum sinteza hidrotermală, care are loc în apă încălzită la presiuni ridicate. Deoarece apa este abundentă în interiorul fierbinte și sub presiune al Pământului, procesele hidrotermale sunt asociate, de exemplu, cu formarea de minerale care conțin elemente de pământuri rare - componente critice pentru multe aplicații de energie regenerabilă.

În laborator, sinteza hidrotermală implică formarea de cristale într-o soluție pe bază de apă fierbinte într-un vas închis, astfel încât moleculele gazoase care se mișcă deasupra lichidului exercită o presiune mare de vapori în sistem.

Dilema Elementelor Pământului Rare
Un obiectiv al proiectului MURI este utilizarea elementelor pământurilor rare. Multe elemente de pământuri rare sunt deja folosite în materiale convenționale de înaltă temperatură, cum ar fi acoperirile de barieră de mediu în aviație și zborul hipersonic, precum și baterii, dispozitive LED și alte produse din ce în ce mai solicitate - dar la un cost ridicat. Deși nu este de fapt rară, separarea elementelor de sol și rocă necesită zeci de pași, majoritatea poluanți.

„Toți acești oxizi de pământuri rare pe care îi vom folosi sunt în minerale chiar acum”, a spus Opila. „Cineva le mină și apoi trebuie să le separe pe toate. De exemplu, iterbiul și lutețiul sunt vecini pe tabelul periodic. Sunt atât de asemănătoare din punct de vedere chimic, încât sunt necesare 66 de pași care implică multe substanțe chimice care au ca rezultat produse deșeuri urâte.”

Problema separării a determinat-o pe Opila să pună o întrebare în centrul unui alt proiect la care ea și studenții ei lucrează, care are legătură cu MURI: „Dacă iei un mineral format din elemente pe care vrei să-l ieși direct din pământ, dar nu le separa? Curăță-l puțin și fă-ți materialul din asta?”

Ei experimentează cu xenotime, un mineral obișnuit, pentru a îmbunătăți acoperirile de barieră de mediu sau EBC, care protejează piesele motoarelor cu reacție de pericole precum aburul de mare viteză și nisipul deșertului. Nisipul ingerat se poate topi în sticlă și poate reacționa cu aliajul de bază dacă se infiltrează în acoperire.

„Știm că anumite minerale sunt stabile pentru că le putem găsi în pământ”, a spus Stack. „Nu găsești fier metalic în pământ, ci oxid de fier pentru că oxidul de fier este stabil. Să explorăm de ce ceva este stabil sau dacă are alte proprietăți utile și să folosim aceste cunoștințe pentru a face ceva mai bun.”

####

Pentru mai multe informații, faceți clic pe aici

Contacte:
Jennifer McManamay
Școala de Inginerie și Științe Aplicate de la Universitatea din Virginia
Birou: 540-241-4002

Dacă aveți un comentariu, vă rog Contact ne.

Emitenții de comunicate de știri, nu 7th Wave, Inc. sau Nanotechnology Now, sunt singuri responsabili pentru acuratețea conținutului.

Bookmark: