חומר חדשני מחולל מהפכה בתעשיית המטוסים העל-קוליים

This post is also available in: English (אנגלית)

מדענים סינים מבית הספר למדעי החומרים והנדסה של אוניברסיטת גואנגג'ואו פיתחו קרמיקה חדשה בעלת נקבוביות המסוגלת לחולל מהפכה בתחום התעופה, החלל, האנרגיה, וההנדסה הכימית. על פי הדיווחים, לחומר יש חוזק מכני גבוה ותכונות בידוד תרמי מצוינות שיכולות גם להפוך אותו לאידיאלי עבור בידוד של מטוסים על-קוליים.

על פי Interesting Engineering, חומרי קרמיקה נקבוביים נמצאים בביקוש גבוה עבוד בידוד תרמי בגלל שהם קלים, יציבים כימית, ובעלי מוליכות תרמית נמוכה- מה שהופך אותם למבודדים מצוינים. עם זאת, קשה להשיג חוזק מכני גבוה ובידוד תרמי בקרמיקה נקבובית, כי עם המספר הגבוה של הנקבוביות מגיע גם חוזק מופחת. יתר על כן, חומרים נקבוביים קונבנציונליים יכולים לאבד כוח ולהתכווץ בטמפרטורות גבוהות, מה שהופך אותם לא מתאים ליישומי אוויר וחלל.

כדי לפתור את הבעיה הזו, צוות המדענים פיתח סוג חדש של קרמיקה המתגבר על המגבלות של קרמיקה מסורתית. לקרמיקת 9PHEB יש עיצוב מבני רב-ממדי הנוצר על ידי ערבוב של תשעה רכיבים קטיוניים (כלומר יונים עם מטען חיובי) המבוססים על אנטרופיה גבוהה.

על פי הדיווחים, קרמיקת 9HPEB תפקדה היטב במבחני בידוד ויציבות תרמית, ושמרה על 98.5% מכוחה ב-1,500 מעלות צלזיוס. הקרמיקה הפגינה עיוות פלסטיק ב-2,000 מעלות צלזיוס, בניגוד לקרמיקה המסורתית השברירית יותר. החומר התכווץ בכ-2.4% לאחר שנמדד ב-2,000 מעלות צלזיוס, אך נפחו וממדיו נותרו ללא שינוי מהחום הגבוה.

החוקרים הסבירו כי התכונות המכניות והתרמיות של הקרמיקה הן תוצאה של העיצוב "הרב-ממדי" שלה, הכולל נקבוביות אולטרה-עדינות בסקאלת המיקרו, ממשקים באיכות גבוהה בסקאלת הננו, ועיוות סריג חמור (severe lattice distortion) בקנה המידה האטומי.

המאפיינים של החומר משפרים את החוזק המכני שלו ואת יכולות הבידוד התרמי, מה שהופך אותו למתאים לתנאים קיצוניים, ומומחים טוענים שיש לו פוטנציאל ליישומים נרחבים בתעשיות התעופה והחלל, האנרגיה וההנדסה הכימית.