Китайские ученые разработали пористую высокоэнтропийную керамику с непревзойденными механическими и теплоизоляционными свойствами. Это стало возможным благодаря использованию многомасштабных технологий, которые позволили контролировать структуру материала на разных уровнях, от нанометрового до микрометрового масштаба.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Advanced Materials, прокладывают путь для дальнейшего развития технологий в аэрокосмической, химической, энергетической и других отраслях промышленности. Исследователи активно работают над разработкой материалов, способных выдерживать экстремальные условия. Новое поколение керамических материалов, известных как высокоэнтропийная керамика (HEC), демонстрирует впечатляющую надежность, термостойкость и устойчивость к коррозии.
Чтобы решить проблему хрупкости пористой керамики, ученые обратились к высокоэнтропийному дизайну. Этот подход предполагает использование нескольких элементов в составе керамики, что приводит к образованию уникальной многофазной структуры с улучшенными свойствами.
Результаты испытаний превзошли ожидания исследователей. Пористая HEC продемонстрировала исключительную механическую прочность и теплоизоляционные характеристики. Материал выдерживал нагрузки до 20 МПа при температуре 1200°C, что значительно превышает показатели традиционных керамических материалов. Кроме того, теплопроводность пористой HEC оказалась на 40% ниже, чем у аналогов, что делает ее идеальным материалом для теплоизоляции.
Подобные теплозащитные материалы могут пригодиться практически везде. В аэрокосмической промышленности такой материал жизненно необходим для теплозащитных экранов аппаратов, которые должны входить в атмосферу или выполнять атмосферное торможение, а также для перспективных гиперзвуковых аппаратов. Про жизненную важность - это не преувеличение. Тепловые и аэродинамические нагрузки при входе в атмосферу колоссальные. Достаточно вспомнить про катастрофу шаттла Колумбия в 2003м году, когда из-за незначительного, на первый взгляд, повреждения теплозащиты корабль разрушился при входе в атмосферу.
Теплозащитные свойства HEC может также пригодится в энергетике и химическом машиностроении. Теплоизоляция требуется в атомных реакторах, в будущих термоядерных реакторах, в системах теплообмена. И речь не только о том, чтобы обезопасить персонал от ожогов, а о снижении потерь тепловой энергии. Если труба теплоносителя или корпус теплообменника горячие, то это автоматически означает, что тепло улетучивается в воздух, излишне обогревая помещение и неосторожных сотрудников.
Источник:
Цзихао Вэнь и др., Сверхпрочная и высокотеплоизолирующая пористая высокоэнтропийная керамика до 2000 °C (Zihao Wen et al, Ultrastrong and High Thermal Insulating Porous High‐Entropy Ceramics up to 2000 °C), Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202311870
-------------------------------------
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, реакциями и комментариями, а также подписавшись на наши страницы на других площадках и на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!