Нанотехнології зараз – Прес-реліз: пошук найбільш термостійких речовин, які коли-небудь створювалися: UVA Engineering забезпечує нагороду DOD MURI за розвиток високотемпературних матеріалів

Перевидано Платоном

читають: 0

Головна > прес > Пошук найбільш термостійких речовин, які коли-небудь створювалися: UVA Engineering отримує нагороду DOD MURI за розвиток високотемпературних матеріалів

Докторант Сандамал Вітарамадж (зліва) є частиною команди професора Елізабет Дж. Опіла, яка розробляє нові планетарні та геологічні високотемпературні матеріали в рамках гранту Міністерства оборони Ініціативи багатопрофільних університетських досліджень.

КРЕДИТ
Школа інженерії та прикладних наук Університету Вірджинії

Анотація:
Найміцніші, жаростійкі матеріали, які будь-коли створювалися, можуть ховатися на виду.

Пошук найбільш термостійких речовин, які коли-небудь виготовлялися: UVA Engineering отримує нагороду DOD MURI за вдосконалення високотемпературних матеріалів

Шарлоттсвіль, Вірджинія | Опубліковано 8 грудня 2023 р

Міністерство оборони США хоче знати, чи мінерали та гірські породи, знайдені на Землі та в космосі, зберігають секрети високотемпературних матеріалів нового покоління. Щоб з’ясувати це, Міністерство оборони виділило 6.25 мільйона доларів через свою Ініціативу багатопрофільних університетських досліджень (MURI) команді з Університету Вірджинії та Університету штату Арізона. Групу очолює Елізабет Дж. Опіла з UVA, професор Роллс-Ройс Співдружності та голова кафедри матеріалознавства та інженерії.

Висококонкурентний MURI фінансує фундаментальні наукові дослідження, які, як сподівається Міністерство оборони, приведуть до проривів у сферах його інтересів завдяки колективним розумінням багатьох дисциплін.

Читання Rocks
«Це час буму для високотемпературних матеріалів через потреби у виробництві енергії, гіперзвуку та нових речах, таких як адитивне виробництво, яке з’являється в цій галузі», — сказав Опіла. «[Люди] досліджують нові композиційні простори, де ви по-різному змішуєте різні елементи. Крім того, ми думаємо про геологічні та планетарні матеріали, що дуже весело».

Мінерали та гірські породи складні порівняно з речовинами, з якими зазвичай працюють вчені, сказав Опіла, і тому потенціал проекту захоплюючий.

«Геологи дійсно зосереджені на тому, як утворилася Земля і де ми можемо знайти ці різні речовини», — сказав Опіла. «Ми хочемо взяти ці знання та застосувати їх у прикладному просторі».

Вибираючи конкретні фізичні властивості, дослідники копіюватимуть використання матір’ю-природою мінерального складу, температури, тиску та швидких змін у цих силах для виготовлення своїх синтетичних матеріалів. Мета полягає в тому, щоб значно розширити та задокументувати для інших засоби та інгредієнти, з яких можуть бути оброблені високотемпературні матеріали, щоб перевершити все, що було створено людьми чи природою.

У пошуках вогнетривких матеріалів
Вирішуючи потреби у все кращих вогнетривких матеріалах — тих, які протистоять ослабленню, плавленню або розкладанню під впливом інтенсивної температури або корозійних умов, Управління досліджень армії закликало надати пропозиції про нові вогнетривкі властивості земних і позаземних матеріалів. Серед кількох цілей команда Opila розроблятиме, вироблятиме, тестуватиме й описуватиме низку нових матеріалів, які мають перевершити поточну кераміку, сплави та покриття, які використовуються в інтенсивно гарячому середовищі, наприклад, реактивний двигун на 3,000 градусів.

Опіла — колишній науковець NASA та інноватор у сфері термо- та корозійностійких матеріалів. Її співробітники — експерти з геології, обчислювального моделювання та матеріалознавства зі Школи інженерії та прикладних наук УВА та шкіл інженерії матерії, транспорту та енергетики АГУ; Молекулярні науки; та дослідження Землі та космосу.

Швидке виявлення
Співголовними дослідниками Opila з Інженерного відділу UVA є Патрік Е. Хопкінс, професор кафедри машинобудування й аерокосмічної інженерії Whitney Stone, а також доцент кафедри матеріалознавства та інженерії Бі-Чен Чжоу.

ExSiTE Lab Хопкінса спеціалізується на лазерних методах вимірювання теплових властивостей. Його лабораторія відіграватиме важливу роль у описі матеріалів, які створить команда.

Чжоу — розробник обчислювального моделювання, відомий тим, що винайшов варіанти методу CALPHAD, щоб розширити його можливості. Він та інший фахівець з обчислювального моделювання, доцент кафедри матеріалознавства та інженерії АСУ Qijun Hong, використовуватимуть свій відповідний досвід, щоб пришвидшити відкриття багатообіцяючих «рецептів» для експериментальних лабораторій, які можна спробувати в обох школах.

Лабораторіями ASU керують Олександра Навроцькі, відомий міждисциплінарний експерт з термодинаміки та директор Центру матеріалів Всесвіту імені Навроцького Айрінга, і Хунву Сю, мінералог і матеріалохімік та професор шкіл молекулярних наук і дослідження Землі та космосу ASU. .

Команди створюватимуть і аналізуватимуть потенційні рецепти — часто обмінюватимуться зразками для тестування, сказала Опіла, в її лабораторії буде сильна спека, тоді як лабораторії ASU застосовують інтенсивний тиск, а також випробування високої температури.

Обрізання купонів
Синтез досліджуваних зразків зазвичай починається з елемента у формі порошку, сказав UVA Ph.D. Студент Pádraigín Stack, який хімічно змінено для ізоляції цільового матеріалу або компонента мішені.

Нова композиція, яка була розведена, нагріта та висушена назад до порошку, потім спікається, процес, який застосовує достатньо тепла та тиску, щоб утворити щільну шайбу матеріалу. Тонкі шматочки шайби, які називаються купонами, забезпечують зразки, які дослідники піддадуть різним випробуванням — наприклад, піддаючи їх дії пари з високими швидкостями в лабораторії Opila або, в ASU, застосовуючи геологічний тиск за допомогою алмазного ковадла.

На додаток до цих традиційних методів синтезу, команда спробує підходи, натхненні планетарними або геологічними явищами, такими як гідротермальний синтез, який відбувається в нагрітій воді при підвищеному тиску. Оскільки вода у великій кількості в гарячих надрах Землі під тиском, гідротермальні процеси пов’язані, наприклад, з утворенням мінералів, що містять рідкоземельні елементи — критичні компоненти для багатьох застосувань відновлюваної енергії.

У лабораторії гідротермальний синтез включає утворення кристалів у розчині на основі гарячої води в закритій посудині таким чином, що молекули газу, що рухаються поверх рідини, створюють високий тиск пари в системі.

Дилема рідкоземельних елементів
Одним із напрямків проекту MURI є використання рідкоземельних елементів. Багато рідкоземельних елементів уже використовуються у звичайних високотемпературних матеріалах, таких як екологічні бар’єрні покриття в авіації та гіперзвукових польотах, а також батареї, світлодіодні пристрої та інші продукти, що користуються дедалі більшим попитом, але за високу ціну. Хоча насправді це не рідкість, відокремлення елементів від ґрунту та каменю вимагає десятків кроків, більшість із яких забруднює навколишнє середовище.

«Усі ці рідкоземельні оксиди, які ми збираємося використовувати, знаходяться в мінералах прямо зараз», — сказав Опіла. «Хтось видобуває їх, а потім має їх усіх розділити. Наприклад, ітербій і лютецій є сусідами в періодичній системі. Вони настільки схожі за хімічним складом, що потрібно 66 кроків із залученням багатьох хімічних речовин, що призводить до неприємних відходів».

Проблема поділу змусила Опілу поставити запитання, яке лежить в основі іншого проекту, над яким вона та її студенти працюють і пов’язаного з MURI: «Що, якщо ви візьмете мінерал, який складається з елементів, які вам потрібні, прямо з землі, але не розділите їх, просто трохи очистіть це і створіть із цього свій матеріал?»

Вони експериментують із ксенотимом, поширеним мінералом, щоб покращити екологічні бар’єрні покриття, або EBC, які захищають деталі реактивних двигунів від таких небезпек, як високошвидкісна пара та пустельний пісок. Проковтнутий пісок може розплавитися в скло та вступити в реакцію з основним сплавом, якщо він проникне в покриття.

«Ми знаємо, що певні мінерали стабільні, тому що ми можемо знайти їх у землі», — сказав Стек. «Ви не знайдете металеве залізо в землі, ви знайдете оксид заліза, тому що оксид заліза є стабільним. Давайте дослідимо, чому щось стабільне, чи має воно інші корисні властивості, і використаємо ці знання, щоб зробити щось краще».

####

Для отримання додаткової інформації натисніть тут

Контакти:
Дженніфер Макманамай
Школа інженерії та прикладних наук Університету Вірджинії
Офіс: 540-241-4002

Авторське право © Школа інженерії та прикладних наук Університету Вірджинії

Якщо у вас є коментар, будь ласка Контакти нам.

Видавці випусків новин, а не 7th Wave, Inc. або Nanotechnology Now, несуть повну відповідальність за точність змісту.

Закладка: