Исследователи Сколтеха выявили перспективные керамические материалы для покрытий металлов, которые могут повысить эффективность газовых турбин. Если дальнейшие эксперименты будут успешными, такие покрытия позволят электростанциям производить больше электричества, а самолетам потреблять меньше топлива. С использованием протестированной и проверенной методики открытия новых материалов, исследователи намерены продолжить поиск и найти кандидатов с еще лучшими свойствами. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Materials.
Теплозащитные покрытия используются для защиты лопаток турбин на электростанциях и в реактивных двигателях. Сами лопатки изготовлены из никелевых суперсплавов, которые обладают высокой прочностью при высоких температурах, стойкостью и устойчивостью к деградации. Однако, при очень высоких температурах суперсплавы могут размягчаться и даже плавиться. Защитные покрытия позволяют работать с турбинами при более высоких температурах без ущерба для их целостности. В данном случае более высокая температура означает большую эффективность.
"Сегодня для теплозащитных покрытий используется иттрий-стабилизированная циркония, но если использовать материал с лучшими свойствами, это позволит получить больше полезной мощности из турбины", - говорит соавтор исследования профессор Артем Р. Оганов, руководитель Лаборатории открытия материалов в Сколтехе. "Чтобы найти такие материалы, сначала нужно выбрать кандидатов, свойства которых можно предсказать вычислительно. Мы протестировали ряд методов и определили наилучшие из них для расчета соответствующих свойств материала, особенно теплопроводности. В статье мы перечисляем несколько перспективных кандидатов, но мы продолжим поиск".
Материал для теплозащитных покрытий должен соответствовать нескольким требованиям. Он должен иметь очень высокую температуру плавления и очень низкую теплопроводность. Последнее свойство особенно сложно вычислить, так как оно зависит от сложных "ангармонических" эффектов в кристаллах. Кроме того, при нагреве материал должен расширяться примерно с одинаковой скоростью.
Исследование проведено в рамках поиска новых материалов, которые могут улучшить эффективность газовых турбин. Надеется, что в дальнейшем будет найдено еще больше перспективных кандидатов, которые смогут превзойти существующие покрытия и значительно повысить эффективность энергетических установок и авиационных двигателей.
Источник:
Маджид Зераати и др., Поиск материалов с низкой теплопроводностью для термобарьерных покрытий: теоретический подход (Majid Zeraati et al, Searching for low thermal conductivity materials for thermal barrier coatings: A theoretical approach), Physical Review Materials (2024). DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.8.033601
-------------------------------------
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!