Şimdi Nanoteknoloji - Basın Bülteni: Şimdiye Kadar Üretilmiş En Isıya Dayanıklı Maddeleri Bulmak: UVA Mühendisliği, Yüksek Sıcaklıktaki Malzemeleri Geliştirmek İçin DOD MURI Ödülünü Aldı

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Ana Sayfa > Basın > Şimdiye kadar yapılmış en ısıya dayanıklı maddeleri bulmak: UVA Engineering, yüksek sıcaklıktaki malzemeleri geliştirmek için DOD MURI ödülünü aldı

Doktora sonrası araştırmacı Sandamal Witharamage (soldan sağa), Savunma Bakanlığı Çok Disiplinli Üniversite Araştırma Girişimi hibesi kapsamında yeni gezegensel ve jeolojik açıdan ilham alan yüksek sıcaklık malzemeleri geliştiren Profesör Elizabeth J. Opila'nın ekibinin bir parçasıdır. CREDIT Virginia Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu

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.

KREDİ
Virginia Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu

Özet:
Şimdiye kadar yapılmış en dayanıklı, ısıya dayanıklı malzemeler göz önünde saklanıyor olabilir.

Şimdiye kadar yapılmış en ısıya dayanıklı maddeleri buluyor: UVA Engineering, yüksek sıcaklıktaki malzemeleri geliştirmek için DOD MURI ödülünü aldı

Charlottesville, Virginia | 8 Aralık 2023'te yayınlandı

ABD Savunma Bakanlığı, Dünya'da ve uzayda bulunan mineral ve kayaların, yeni nesil yüksek sıcaklıktaki malzemelerin sırlarını taşıyıp taşımadığını bilmek istiyor. Bunu öğrenmek için Savunma Bakanlığı, Multidisipliner Üniversite Araştırma Girişimi (MURI) aracılığıyla Virginia Üniversitesi ve Arizona Eyalet Üniversitesi'nden bir ekibe 6.25 milyon dolar bağışladı. Grup, UVA'dan Rolls-Royce Commonwealth Profesörü ve Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü başkanı Elizabeth J. Opila tarafından yönetiliyor.

Oldukça rekabetçi olan MURI, Savunma Bakanlığı'nın birden fazla disiplinden gelen kolektif görüşler yoluyla ilgi alanlarında atılımlara yol açacağını umduğu temel bilimsel araştırmaları finanse ediyor.

Kayaları Okumak
Opila, "Enerji üretimindeki ihtiyaçlar, hipersonik ve katmanlı üretim gibi yeni şeylerin sahada ortaya çıkması nedeniyle yüksek sıcaklıktaki malzemelerde patlama zamanı geldi" dedi. “[İnsanlar] farklı unsurları farklı şekillerde karıştırdığınız yeni kompozisyon alanlarını keşfediyorlar. Üstelik jeolojik ve gezegenlerden ilham alan bu materyalleri de düşünüyoruz ki bu da çok eğlenceli.”

Opila, minerallerin ve kayaların, bilim adamlarının genellikle üzerinde çalıştığı bileşiklerle karşılaştırıldığında karmaşık olduğunu ve bu nedenle projenin potansiyelinin heyecan verici olduğunu söyledi.

Opila, "Jeologlar gerçekten dünyanın nasıl oluştuğuna ve bu farklı maddeleri nerede bulabileceğimize odaklanmış durumdalar" dedi. "Bu bilgiyi alıp uygulama alanına getirmek istiyoruz."

Spesifik fiziksel özellikleri seçen araştırmacılar, doğa ananın mineral bileşimi, sıcaklık, basınç ve bu kuvvetlerdeki hızlı değişimleri kullanarak sentetik malzemelerini üretecek. Amaç, yüksek sıcaklıktaki malzemelerin işlenebileceği araçları ve malzemeleri, insanlar veya doğa tarafından şimdiye kadar yaratılmış her şeyi aşacak şekilde önemli ölçüde genişletmek ve başkaları için belgelemek.

Refrakter Malzeme Avında
Yoğun ısı veya aşındırıcı koşullar altında zayıflamaya, erimeye veya ayrışmaya karşı dayanıklı olan, her zamankinden daha iyi refrakter malzemelere yönelik ihtiyaçları ele alan Ordu Araştırma Ofisi, Dünyadaki Acil Refrakter Davranışları ve Dünya Dışı Malzemeler hakkında teklif çağrısında bulundu. Opila ekibi, çeşitli hedeflerin yanı sıra, yoğun sıcak ortamlarda kullanılan mevcut seramiklerden, alaşımlardan ve kaplamalardan daha iyi performans gösterecek bir dizi yeni malzeme (örneğin, 3,000 derecelik bir jet motoru) tasarlayacak, üretecek, test edecek ve tanımlayacak.

Opila, eski bir NASA bilim insanı ve ısıya ve korozyona dayanıklı malzemeler alanında yenilikçidir. İşbirliği yaptığı kişiler, UVA'nın Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu ve ASU'nun Madde, Ulaştırma ve Enerji Mühendisliği okullarından jeoloji, hesaplamalı modelleme ve malzeme bilimi uzmanları; Moleküler Bilimler; ve Dünya ve Uzay Araştırmaları.

Hızlı Takip Edilen Keşif
Opila'nın UVA Mühendislik'ten eş-baş araştırmacıları, makine ve havacılık mühendisliğinde Whitney Stone Mühendislik Profesörü ve malzeme bilimi ve mühendisliğinde yardımcı doçent olan Bi-Cheng Zhou olan Patrick E. Hopkins'tir.

Hopkins'in ExSiTE Laboratuvarı, termal özellikleri ölçmek için lazer bazlı teknikler konusunda uzmanlaşmıştır. Laboratuvarı, ekibin bulduğu materyalleri karakterize etmede etkili olacak.

Zhou, yeteneklerini genişletmek için CALPHAD yönteminde varyasyonlar icat etmesiyle tanınan bir hesaplamalı modelleyicidir. O ve bir başka hesaplamalı modelleme uzmanı olan ASU malzeme bilimi ve mühendisliğinde yardımcı doçent olan Qijun Hong, her iki okulda da denenecek deneysel laboratuvarlar için umut verici “tariflerin” keşfini hızlandırmak için kendi uzmanlıklarını kullanacaklar.

ASU laboratuvarları, termodinamik alanında ünlü bir disiplinlerarası uzman ve Navrotsky Eyring Evrenin Malzemeleri Merkezi'nin yöneticisi olan Alexandra Navrotsky ve mineralog ve malzeme kimyacısı ve ASU'nun Moleküler Bilimler ile Dünya ve Uzay Araştırmaları okullarında profesör olan Hongwu Xu tarafından yönetilmektedir. .

Opila, ekiplerin ileriye dönük tarifler oluşturup analiz edeceğini, test için sıklıkla numune alışverişinde bulunacağını, laboratuvarının aşırı ısı getirdiğini, ASU laboratuvarlarının ise yüksek sıcaklık testinin yanı sıra yoğun basınç uyguladığını söyledi.

Kırpma Kuponları
UVA Ph.D., test numunelerinin sentezinin tipik olarak toz formundaki bir elementle başladığını belirtti. Bir hedef malzemeyi veya bir hedefin bileşenini izole etmek için kimyasal olarak değiştirilen öğrenci Pádraigín Stack.

Seyreltilen, ısıtılan ve yeniden toz haline getirilen yeni bileşim daha sonra sinterlenir; bu işlem, yoğun bir malzeme yığını oluşturmak için yeterli ısı ve basıncın uygulandığı bir işlemdir. Diskten alınan kupon adı verilen ince dilimler, araştırmacıların çeşitli testlere tabi tutacağı örnekleri sağlıyor; örneğin Opila'nın laboratuvarında diski yüksek hızlarda buhara maruz bırakmak veya ASU'da elmas örs ile jeolojik benzeri basınçlar uygulamak.

Ekip, bu geleneksel sentez yöntemlerine ek olarak, ısıtılmış suda yüksek basınçlarda meydana gelen hidrotermal sentez gibi gezegensel veya jeolojik olaylardan ilham alan yaklaşımları da deneyecek. Dünyanın sıcak ve basınçlı iç kısmında su bol olduğundan, hidrotermal süreçler, örneğin, birçok yenilenebilir enerji uygulaması için kritik bileşenler olan nadir toprak elementlerini içeren minerallerin oluşumuyla ilişkilidir.

Laboratuvarda hidrotermal sentez, kapalı bir kapta sıcak su bazlı bir çözelti içinde kristallerin oluşturulmasını içerir; böylece sıvının üzerinde hareket eden gaz halindeki moleküller, sistem içinde yüksek buhar basıncı uygular.

Nadir Toprak Elementlerinin İkilemi
MURI projesinin odak noktalarından biri nadir toprak elementlerinin kullanılmasıdır. Pek çok nadir toprak elementi, havacılık ve hipersonik uçuştaki çevresel bariyer kaplamalarının yanı sıra piller, LED cihazları ve giderek daha fazla talep gören diğer ürünler gibi geleneksel yüksek sıcaklık malzemelerinde halihazırda kullanılıyor - ancak çok yüksek bir maliyetle. Aslında nadir olmasa da elementleri toprak ve kayadan ayırmak, çoğu kirletici olan düzinelerce adım gerektiriyor.

Opila, "Kullanacağımız tüm bu nadir toprak oksitleri şu anda minerallerde bulunuyor" dedi. “Birisi onları çıkarıyor ve sonra hepsini ayırmak zorunda kalıyor. Örneğin, itterbiyum ve lutesyum periyodik tablodaki komşulardır. Kimyasal olarak o kadar benzerler ki, birçok kimyasalın dahil olduğu 66 adımdan oluşuyor ve sonuçta kötü atık ürünler ortaya çıkıyor."

Ayrılma sorunu, Opila'nın öğrencileriyle birlikte üzerinde çalıştığı MURI ile ilgili başka bir projenin merkezinde bir soru sormasına neden oldu: "Ya topraktan doğrudan istediğiniz elementlerden yapılmış bir minerali alıp ayırmazsanız? biraz temizle ve malzemeni bundan mı yap?”

Çevresel bariyer kaplamalarını veya jet motoru parçalarını yüksek hızlı buhar ve çöl kumu gibi tehlikelerden koruyan EBC'leri geliştirmek için yaygın bir mineral olan ksenotim ile deneyler yapıyorlar. Yutulan kum, kaplamaya sızarsa camın içinde eriyebilir ve alttaki alaşımla reaksiyona girebilir.

Stack, "Bazı minerallerin stabil olduğunu biliyoruz çünkü onları toprakta bulabiliriz" dedi. “Toprakta metalik demir bulamazsınız, demir oksit bulursunuz çünkü demir oksit stabildir. Bir şeyin neden kararlı olduğunu veya başka yararlı özelliklere sahip olup olmadığını keşfedelim ve bu bilgiyi bir şeyi daha iyi hale getirmek için kullanalım."

####

Daha fazla bilgi için lütfen tıklayın okuyun

İletişim:
Jennifer McManamay
Virginia Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu
Ofis: 540-241-4002

Telif Hakkı © Virginia Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu

Bir yorumunuz varsa, lütfen İletişim bize.

7th Wave, Inc. veya Nanotechnology Now değil, haber bültenleri yayıncıları yalnızca içeriğin doğruluğundan sorumludur.

Yer imi: