ابداع ابرآلیاژی که قوانین گرمایی را بر هم می زند
دانلود فایل: آهنربای پیروکلر(pyrochlore) به سبب ساختار غیر یکنواخت خود، عملکردی استثنایی دارد.
به گزارش دانلود فایل به نقل از ایسنا، همه می دانیم که اشیاء وقتی گرم می شوند، منبسط می شوند. پل ها، جاده ها و حتی برج ایفل نیز در تابستان کمی بلندتر می شوند.
ارتفاع برج ایفل بین تابستان و زمستان بین 10 تا 15 سانتی متر به سبب انبساط حرارتی تغییر می کند. برج ایفل در تابستان که فلز گرم تر می شود و منبسط می شود، بلندتر است.
با این وجود، این انبساط می تواند یک مشکل واقعی برای خیلی از فناوری ها مانند ابزار دقیق یا فضاپیماها باشد. به این علت است که دانشمندان همیشه در جستجوی ماده ای بوده اند که بدون توجه به تغییرات دما، اندازه ثابتی را حفظ کند.
یکی از نامزدهای بالقوه اینوار(Invar) است که به آلیاژ آهن-نیکل گقته می شود و به سبب انبساط حرارتی خیلی کم، مشهور است. اما علم پشت جادوی «اینوار» تا حالا یک راز باقیمانده بود.
پژوهشگران دانشگاه وین(Wien) با محققان دانشگاه علم و صنعت پکن همکاری کردند تا راز «اینوار» را با بهره گیری از شبیه سازی های کامپیوتری کشف کنند.
جالب اینجاست که این درک جدید منجر به ساخت یک آلیاژ قوی یا ابرآلیاژ به نام «آهنربای پیروکلر» شد.
سرجی خملوسکی(Sergii Khmelevskyi) از دانشگاه وین می گوید: هر چه دمای یک ماده بالاتر باشد، اتم ها تمایل بیشتری به حرکت دارند و وقتی اتم ها بیشتر حرکت می کنند، به فضای بیشتری نیاز دارند و میانگین فاصله بین آنها بیشتر می شود.
وی ادامه داد: این اثر، اساس انبساط حرارتی است و نمی توان از آن جلوگیری کرد، اما می توان موادی را تولید کرد که در آنها حدودا با اثر جبران کننده دیگری متعادل شود.
انبساط حرارتی کمتر آهنربای پیروکلر
این پژوهش با بررسی خاصیت غیرمعمول «اینوار» در انبساط حرارتی کم شروع شد. آنها دریافتند که خواص مغناطیسی آن کلید پایداری آنست.
خملوسکی اظهار داشت: این اثر به سبب تغییر وضعیت برخی الکترون ها با افزایش دماست. نظم مغناطیسی در ماده کاهش پیدا می کند و موجب انقباض مواد می شود. این اثر حدودا انبساط حرارتی معمول را خنثی می کند.
این چارچوب نظری جدید مبتنی بر شبیه سازی، به دانشمندان اجازه می دهد موادی را پیش بینی و طراحی نمایند که حدودا هیچ تغییری در اندازه خود با تغییر دما نشان نمی دهند.
پژوهشگران با این درک جدید، شروع به ایجاد یک ماده حتی بهتر کردند و توفیق یافتند.
آنها یک آلیاژ جدید به نام آهنربای پیروکلر ابداع کردند که انبساط حرارتی کمتری نسبت به «اینوار» از خود نشان میدهد.
آهنربای پیروکلر ابعاد بسیار پایداری را در محدوده دمایی بالاتر از 400 کلوین (126.8 درجه سانتی گراد) نشان میدهد. جالب اینجاست که فقط یک ده هزارم درصد در هر کلوین تغییر می کند.
متشکل از چهار فلز
همانطور که گفته شد، «اینوار» از دو فلز آهن و نیکل تولید شده است، اما «آهنربای پیروکلر» از چهار فلز زیرکونیوم، نیوبیم، آهن و کبالت تشکیل شده است. این ترکیب پیچیده تر به آن توانایی بی سابقه ای در مقاومت در مقابل انبساط حرارتی می دهد.
یلی کائو(Yili Cao) از مؤسسه شیمی حالت جامد دانشگاه علم و فناوری پکن در اطلاعیه ای اظهار داشت: این ماده ای با ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین در محدوده دمایی بی سابقه ای وسیع است.
پایداری حرارتی استثنایی این آلیاژ جدید به سبب ساختار نامنظم و ناهمگن آنست.
ترکیب آن در سراسر ماده با غلظت های مختلف عناصر مانند کبالت متفاوت می باشد. این بر نحوه واکنش مناطق مختلف ماده به تغییرات دما تأثیر می گذارد. علاوه بر این، خواص مواد را در هر نقطه متعادل می کند تا انبساط حرارتی کلی نزدیک به صفر برسد.
این ماده جدید برای کاربردهایی که با تغییرات شدید دما مواجهند یا به دقت بالایی نیاز دارند، ایده آل است و می توان از آن در هوانوردی، هوا فضا و الکترونیک پیشرفته بهره برد.
منبع: itfile.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب