Австралийскими специалистами создан новый материал с необычными тепловыми свойствами – не расширяющийся при нагревании даже до высоких температур. Материал может пригодиться в аэрокосмическом дизайне, например, для самолетов-разведчиков, летающих со сверхзвуковыми скоростями, когда компоненты самолетов подвергаются воздействию экстремальных температур.
Группа ученых из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) создала, возможно, один из самых термостойких материалов, когда-либо разработанных специалистами-материаловедами, сообщает NewAtlas. Этот новый материал с нулевым тепловым расширением (ZTE), изготовленный из скандия, алюминия, вольфрама и кислорода, не изменялся в объеме при температурах от 4 до 1400 Кельвинов (от -269 до 1126°C или от -452 до 2059°F), говорится в отчете. Это более широкий диапазон температур, чем у любого другого материала, продемонстрированного на сегодняшний день, и он может сделать орторомбический Sc 1,5 Al 0,5 W 3 O 12 (надеюсь, они придумали лучшее название) очень удобным инструментом для всех, кто разрабатывает что-то, что должно работать. в чрезвычайно разнообразных температурных условиях.
Примеры того, где это может пригодиться, включают такие вещи, как аэрокосмический дизайн, когда компоненты подвергаются воздействию сильного холода в космосе и сильной жары при запуске или возвращении. Этот новый материал сохраняет точно такой же объем от близкого к абсолютному нулю вплоть до комфортного перегрева, который вы ожидаете получить на крыле гиперзвукового самолета, летящего со скоростью 5 Махов.
Или есть такие вещи, как медицинские имплантаты, где диапазон ожидаемых температур не так сильно варьируется, но даже небольшое тепловое расширение может вызвать критические проблемы. Возможно, самое важное в этом открытии заключается в том, что оно было сделано совершенно случайно. «Мы проводили эксперименты с этими материалами в связи с нашими исследованиями, основанными на батареях, для несвязанных целей, и случайно натолкнулись на это уникальное свойство этого конкретного состава», – заявил доцент Нирадж Шарма.
В отчете говорится, что после измерения материала с помощью порошкового дифрактометра высокого разрешения Echidna в австралийском синхротроне ANSTO и в Австралийском центре нейтронного рассеяния, команда обнаружила невероятную степень термической стабильности. На молекулярном уровне материалы обычно расширяются, потому что повышение температуры непосредственно приводит к увеличению длины атомных связей между элементами. Иногда это также вызывает вращение атомов, что приводит к образованию более просторных структур, влияющих на общий объем.
Только не с этим материалом, который команда наблюдала в огромном температурном спектре, демонстрируя «лишь незначительные изменения в связях, положении атомов кислорода и поворотах расположения атомов», – говорится в отчете. Команда утверждает, что точный механизм, лежащий в основе этой экстремальной термостабильности, не совсем ясен, но, возможно, длины связей, углы и положения атомов кислорода меняются согласованно друг с другом, чтобы сохранить общий объем. «Какая часть действует и при какой температуре, это следующий вопрос», – говорит Шарма, добавляя: – «Скандий встречается реже и дороже, но мы экспериментируем с другими элементами, которые могут быть заменены, и стабильность сохраняется».
Однако другие ингредиенты широко доступны и связываются вместе с помощью «относительно простого синтеза», поэтому команда считает, что этот материал не должен создавать препятствий для крупномасштабного производства.
DAVE MAKICHUK
Источники: NewAtlas.com, Интересная инженерия, Lockheed Martin , Chemistry of Materials.