Nanotehnologija zdaj – Sporočilo za javnost: Iskanje najbolj toplotno odpornih snovi, kar jih je bilo kdaj izdelanih: UVA Engineering je prejel nagrado DOD MURI za napredek materialov za visoke temperature

Domov > Pritisnite > Iskanje najbolj toplotno odpornih snovi, kar jih je bilo kdaj izdelanih: UVA Engineering je prejel nagrado DOD MURI za napredek visokotemperaturnih materialov

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. KREDIT Fakulteta za inženirstvo in uporabno znanost Univerze v Virginiji

Povzetek:
Najtrpežnejši, toplotno odporni materiali, ki so jih kdajkoli izdelali, bi se lahko skrivali na očeh.

Iskanje najbolj toplotno odpornih snovi, kar jih je bilo kdaj izdelanih: UVA Engineering je prejel nagrado DOD MURI za napredek materialov za visoke temperature

Charlottesville, VA | Objavljeno 8. decembra 2023

Ministrstvo za obrambo ZDA želi vedeti, ali minerali in kamnine, najdeni na Zemlji in v vesolju, skrivajo skrivnosti visokotemperaturnih materialov naslednje generacije. Da bi ugotovili, je Ministrstvo za obrambo dodelilo 6.25 milijona dolarjev prek svoje Multidisciplinarne univerzitetne raziskovalne pobude ali MURI ekipi z Univerze v Virginiji in Državne univerze v Arizoni. Skupino vodi Elizabeth J. Opila z UVA, profesorica Commonwealtha Rolls-Royce in predsednica oddelka za znanost o materialih in tehniko.

Visoko konkurenčen MURI financira temeljne znanstvene raziskave, za katere Ministrstvo za obrambo upa, da bodo s skupnimi vpogledi iz več disciplin vodile do prebojev na področjih, ki jih zanimajo.

Branje skal
»To je čas razcveta za visokotemperaturne materiale zaradi potreb po proizvodnji energije, hipersoniki in novih stvareh, kot je aditivna proizvodnja, ki se pojavljajo na tem področju,« je dejal Opila. »[Ljudje] raziskujejo nove kompozicijske prostore, kjer na različne načine mešate različne elemente. Poleg tega razmišljamo o teh geološko in planetarno navdihnjenih materialih, kar je zelo zabavno.«

Minerali in kamnine so kompleksni v primerjavi s spojinami, s katerimi običajno delajo znanstveniki, je dejal Opila, zato je potencial projekta vznemirljiv.

"Geologi so resnično osredotočeni na to, kako je nastala zemlja in kje lahko najdemo te različne snovi," je dejal Opila. "To znanje želimo uporabiti in ga prenesti v aplikacijski prostor."

Pri izbiri specifičnih fizikalnih lastnosti bodo raziskovalci posnemali uporabo matere narave za mineralno sestavo, temperaturo, pritisk in hitre spremembe teh sil, da bi izdelali svoje sintetične materiale. Cilj je dramatično razširiti in dokumentirati za druge sredstva in sestavine, iz katerih je mogoče obdelati visokotemperaturne materiale, da presežejo vse, kar so doslej pričarali ljudje ali narava.

Na lovu za ognjevzdržnimi materiali
Pri reševanju potreb po vedno boljših ognjevzdržnih materialih – tistih, ki so odporni proti oslabitvi, taljenju ali razgradnji v intenzivni vročini ali korozivnih pogojih, je vojaški raziskovalni urad pozval k zbiranju predlogov o pojavnem ognjevzdržnem obnašanju v zemeljskih in nezemeljskih materialih. Med številnimi cilji bo ekipa Opile oblikovala, izdelala, testirala in opisala množico novih materialov, ki naj bi prekašali trenutno keramiko, zlitine in premaze, ki se uporabljajo v zelo vročih okoljih - na primer 3,000-stopinjski reaktivni motor.

Opila je nekdanji Nasin znanstvenik in inovator na področju materialov, odpornih na vročino in korozijo. Njeni sodelavci so strokovnjaki za geologijo, računalniško modeliranje in znanost o materialih s Fakultete za inženirstvo in uporabne znanosti UVA ter šol inženiringa snovi, prometa in energije ASU; Molekularne znanosti; in raziskovanje zemlje in vesolja.

Hitro odkrivanje
Soglavni raziskovalci Opile iz UVA's Engineering so Patrick E. Hopkins, Whitney Stone profesor inženiringa v strojništvu in vesoljskem inženiringu, in docent za znanost o materialih in inženiring Bi-Cheng Zhou.

Hopkinsov ExSiTE Lab je specializiran za laserske tehnike za merjenje toplotnih lastnosti. Njegov laboratorij bo ključnega pomena pri karakterizaciji materialov, ki jih ekipa pripravi.

Zhou je računalniški modeler, znan po izumljanju različic metode CALPHAD za razširitev njenih zmogljivosti. On in še en strokovnjak za računalniško modeliranje, docent ASU za znanost o materialih in inženiring Qijun Hong, bosta uporabila svoje strokovno znanje in izkušnje za pospešeno odkrivanje obetavnih "receptov" za eksperimentalne laboratorije, ki bi jih lahko preizkusili na obeh šolah.

Laboratorije ASU vodita Alexandra Navrotsky, priznana interdisciplinarna strokovnjakinja za termodinamiko in direktorica centra Navrotsky Eyring za materiale vesolja, in Hongwu Xu, mineralog in kemik za materiale ter profesor na šolah ASU za molekularne znanosti ter raziskovanje Zemlje in vesolja. .

Ekipe bodo izdelovale in analizirale potencialne recepte – pogosto si bodo izmenjale vzorce za testiranje, je dejala Opila, pri čemer njen laboratorij prinaša izjemno vročino, medtem ko laboratoriji ASU izvajajo intenziven pritisk in testiranje pri visoki temperaturi.

Izrezovanje kuponov
Sinteza testnih vzorcev se običajno začne z elementom v obliki prahu, je dejal UVA Ph.D. študent Pádraigín Stack, ki je kemično spremenjen za izolacijo tarčnega materiala ali komponente tarče.

Novo sestavo, ki je bila razredčena, segreta in posušena nazaj v prah, se nato sintra, pri čemer se uporablja dovolj toplote in pritiska, da se oblikuje gosta plošča materiala. Tanke rezine paka, imenovane kuponi, zagotavljajo vzorce, ki jih bodo raziskovalci podvrgli različnim testom - na primer izpostavljanje pari pri visokih hitrostih v Opilinem laboratoriju ali, v ASU, uporabo geoloških podobnih pritiskov z diamantnim nakovalom.

Poleg teh tradicionalnih metod sinteze bo ekipa poskusila pristope, ki jih navdihujejo planetarni ali geološki pojavi, kot je hidrotermalna sinteza, ki se pojavi v ogrevani vodi pri povišanih tlakih. Ker je vode v vroči notranjosti Zemlje pod pritiskom veliko, so hidrotermalni procesi povezani na primer s tvorbo mineralov, ki vsebujejo redke zemeljske elemente – ključne komponente za številne aplikacije obnovljive energije.

V laboratoriju hidrotermalna sinteza vključuje oblikovanje kristalov v raztopini na osnovi vroče vode v zaprti posodi, tako da plinaste molekule, ki se premikajo na vrhu tekočine, ustvarjajo visok parni tlak v sistemu.

Dilema elementov redkih zemelj
Eden od poudarkov projekta MURI je uporaba redkih zemeljskih elementov. Številni redki zemeljski elementi se že uporabljajo v običajnih visokotemperaturnih materialih, kot so premazi za zaščito okolja v letalstvu in hiperzvočnem letu, pa tudi baterije, LED naprave in drugi izdelki, po katerih se vse bolj povprašuje, vendar po visoki ceni. Čeprav v resnici ni redko, ločevanje elementov od prsti in kamnin zahteva na desetine korakov, večina jih onesnažuje.

"Vsi ti oksidi redkih zemelj, ki jih bomo uporabili, so trenutno v mineralih," je dejal Opila. »Nekdo jih izkopa, nato pa jih mora vse ločiti. Na primer, iterbij in lutecij sta soseda v periodnem sistemu. Kemično so si tako podobni, da je potrebnih 66 korakov, ki vključujejo veliko kemikalij, kar ima za posledico neprijetne odpadne produkte.«

Težava z ločevanjem je privedla do tega, da je Opila zastavila vprašanje v središču drugega projekta, na katerem delajo ona in njeni študenti in je povezan z MURI: »Kaj, če vzamete mineral iz elementov, ki jih želite, naravnost iz zemlje, vendar jih ne ločite, samo malo počisti in iz tega naredi svoj material?«

Eksperimentirajo s ksenotimom, običajnim mineralom, da bi izboljšali prevleke za zaščito okolja ali EBC, ki ščitijo dele reaktivnih motorjev pred nevarnostmi, kot sta para in puščavski pesek z visoko hitrostjo. Zaužiti pesek se lahko stopi v steklo in reagira z osnovno zlitino, če se infiltrira v premaz.

"Vemo, da so nekateri minerali stabilni, ker jih lahko najdemo v zemlji," je dejal Stack. »V zemlji ne najdeš kovinskega železa, najdeš železov oksid, ker je železov oksid tisti, ki je stabilen. Raziščimo, zakaj je nekaj stabilno ali ima druge uporabne lastnosti, in uporabimo to znanje, da naredimo nekaj boljšega.”

####

Za več informacij kliknite tukaj

Kontakt:
Jennifer McManamay
Fakulteta za inženirstvo in uporabno znanost Univerze v Virginiji
Pisarna: 540-241-4002

Copyright © Fakulteta za inženirstvo in uporabno znanost Univerze v Virginiji

Če imate komentar, prosim Kontakt nas.

Izdajalci novic, ne 7th Wave, Inc. ali Nanotechnology Now, so izključno odgovorni za točnost vsebine.

Zaznamek:

Povezane novice Press

Novice in informacije

Fiziki prvič 'zapletajo' posamezne molekule in s tem pospešujejo možnosti za kvantno obdelavo informacij: raziskovalcem iz Princetona je uspelo prisiliti molekule v kvantno prepletenost pri delu, ki bi lahko privedlo do robustnejšega kvantnega računalništva. December 8th, 2023

Prvi logični kvantni procesor na svetu: ključni korak k zanesljivemu kvantnemu računalništvu December 8th, 2023

Ekipa VUB razvija revolucionarno tehnologijo nanoteles proti vnetju jeter December 8th, 2023

Raziskovalci Univerze v Torontu so odkrili nove lipidne nanodelce, ki kažejo mišično specifično dostavo mRNA, zmanjšujejo učinke, ki niso ciljni: Ugotovitve študije pomembno prispevajo k ustvarjanju tkivno specifičnih ionizirajočih lipidov in spodbujajo ponoven razmislek o načelih oblikovanja mRNA cepiva December 8th, 2023

Možne prihodnosti

Fiziki prvič 'zapletajo' posamezne molekule in s tem pospešujejo možnosti za kvantno obdelavo informacij: raziskovalcem iz Princetona je uspelo prisiliti molekule v kvantno prepletenost pri delu, ki bi lahko privedlo do robustnejšega kvantnega računalništva. December 8th, 2023

Prvi logični kvantni procesor na svetu: ključni korak k zanesljivemu kvantnemu računalništvu December 8th, 2023

Ekipa VUB razvija revolucionarno tehnologijo nanoteles proti vnetju jeter December 8th, 2023

Raziskovalci Univerze v Torontu so odkrili nove lipidne nanodelce, ki kažejo mišično specifično dostavo mRNA, zmanjšujejo učinke, ki niso ciljni: Ugotovitve študije pomembno prispevajo k ustvarjanju tkivno specifičnih ionizirajočih lipidov in spodbujajo ponoven razmislek o načelih oblikovanja mRNA cepiva December 8th, 2023

Odkritja

Barvni senzor za posnemanje občutljivosti kože: v koraku k bolj avtonomnim mehkim robotom in nosljivim tehnologijam so raziskovalci EPFL ustvarili napravo, ki uporablja barvo za istočasno zaznavanje več mehanskih in temperaturnih dražljajev December 8th, 2023

Toplotni vpliv 3D zlaganja fotonskih in elektronskih čipov: Raziskovalci raziskujejo, kako je mogoče zmanjšati toplotno kazen 3D integracije December 8th, 2023

Središče za sintetično biologijo v Seattlu, ki so ga ustanovili inštitut Allen, pobuda Chan Zuckerberg in univerza v Washingtonu, bo spremenilo celice v snemalne naprave za odkrivanje skrivnosti bolezni: prva tovrstna raziskovalna pobuda bo razvila tehnologije, ki bodo razkrile, kako se spremembe i December 8th, 2023

Predstavljamo: Ultrazvočno tiskanje 3D materialov—potencialno znotraj telesa December 8th, 2023

Materiali/metamateriali/magnetna odpornost

2D material preoblikuje 3D elektroniko za strojno opremo AI December 8th, 2023

Matrica iz porozne platine obeta kot nov material za aktuatorje November 17th, 2023

Nova vrsta magnetizma November 17th, 2023

Nova laserska nastavitev sondira strukture metamateriala z ultra hitrimi impulzi: tehnika bi lahko pospešila razvoj akustičnih leč, filmov, odpornih na udarce, in drugih futurističnih materialov November 17th, 2023

Obvestila

2D material preoblikuje 3D elektroniko za strojno opremo AI December 8th, 2023

Barvni senzor za posnemanje občutljivosti kože: v koraku k bolj avtonomnim mehkim robotom in nosljivim tehnologijam so raziskovalci EPFL ustvarili napravo, ki uporablja barvo za istočasno zaznavanje več mehanskih in temperaturnih dražljajev December 8th, 2023

Ekipa VUB razvija revolucionarno tehnologijo nanoteles proti vnetju jeter December 8th, 2023

Raziskovalci Univerze v Torontu so odkrili nove lipidne nanodelce, ki kažejo mišično specifično dostavo mRNA, zmanjšujejo učinke, ki niso ciljni: Ugotovitve študije pomembno prispevajo k ustvarjanju tkivno specifičnih ionizirajočih lipidov in spodbujajo ponoven razmislek o načelih oblikovanja mRNA cepiva December 8th, 2023

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=57427