ابداع ابرآلیاژی که قوانین گرمایی را بر هم می زند
به گزارش خشکشوئی آنلاین، آهنربای پیروکلر(pyrochlore) به علت ساختار غیر یکنواخت خود، عملکردی استثنایی دارد.
به گزارش خشکشوئی آنلاین به نقل از ایسنا، همه می دانیم که اشیاء وقتی گرم می شوند، منبسط می شوند. پل ها، جاده ها و حتی برج ایفل هم در تابستان کمی بلندتر می شوند.
ارتفاع برج ایفل بین تابستان و زمستان بین 10 تا 15 سانتی متر به علت 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. بنابراین است که دانشمندان همواره 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 علت انبساط حرارتی خیلی کم، مشهور است. اما علم پشت جادوی «اینوار» تابحال یک راز باقیمانده بود.
محققان دانشگاه وین(Wien) با محققان دانشگاه علم و صنعت پکن همکاری کردند تا راز «اینوار» را با استفاده 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 افزایش خواهد یافت.
وی ادامه داد: این اثر، اساس انبساط حرارتی است و نمی توان از آن جلوگیری کرد، اما میتوان موادی را تولید کرد که در آنها تقریبا 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 آن است.
خملوسکی اظهار داشت: این اثر به علت تغییر وضعیت برخی الکترون ها با افزایش دماست. نظم مغناطیسی در ماده کاسته می شود و سبب انقباض مواد می شود. این اثر تقریبا انبساط حرارتی معمول را خنثی می کند.
این چارچوب نظری جدید مبتنی بر شبیه سازی، به دانشمندان اجازه می دهد موادی را پیشبینی و طراحی نمایند که تقریبا هیچ تغییری در اندازه خود با تغییر دما نشان نمی دهند.
محققان با این درک جدید، شروع به ایجاد یک ماده حتی بهتر کردند و به موفقیت رسیدند.
آنها یک آلیاژ جدید به نام آهنربای پیروکلر ابداع کردند که انبساط حرارتی کمتری نسبت به «اینوار» از خود نشان داده است.
آهنربای پیروکلر ابعاد بسیار پایداری را در محدوده دمایی بیشتر از 400 کلوین (126.8 درجه سانتی گراد) نشان داده است. 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 ساخته 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 علت ساختار نامرتب و ناهمگن آن است.
ترکیب آن در سرتاسر ماده با غلظت های مختلف عناصر مانند کبالت متفاوت می باشد. این بر نحوه واکنش مناطق مختلف ماده به تغییرات دما تاثیر 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 میتوان از آن در هوانوردی، هوا فضا و الکترونیک پیشرفته بهره برد.
منبع: خشكشوئی آنلاین
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب