Membuka kunci 'Genom Bahan' untuk Memajukan Reka Bentuk Aeroangkasa

Bulan lepas, penyelidik dari Sekolah Kejuruteraan Aeroangkasa, Mekanikal dan Mekatronik Universiti Sydney menemui kaedah mikroskopi untuk membongkar hubungan atom dalam bahan kristal seperti keluli termaju dan silikon tersuai.

Industri aeroangkasa sentiasa berusaha untuk meningkatkan kecekapan, prestasi dan keselamatan sambil mengurangkan pelepasan karbon dan mengekalkan kemampanan. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, beberapa kemajuan teknologi telah memperluaskan keupayaan perjalanan udara di dalam atmosfera Bumi dan juga di luarnya. Ini termasuk teknologi satelit termaju untuk komunikasi, pembuatan bahan tambahan untuk komponen ringan, pendorongan elektrik untuk mengurangkan pelepasan dan mengurangkan kos, penerbangan supersonik untuk perjalanan yang lebih pantas dan kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin untuk kecekapan operasi yang dipertingkatkan.

Aeroangkasa memfokuskan pada bahan termaju dengan sifat yang sangat spesifik. Sistem biasanya melibatkan pelbagai jenis bahan, daripada terma seramik kepada gentian karbon dan Titanium, yang digunakan untuk pelbagai tujuan untuk mengoptimumkan prestasi.

Penyelidikan dalam bidang ini bertujuan untuk membangunkan bahan pelbagai fungsi, yang bermaksud bahan yang bukan sahaja mempunyai fungsi struktur tetapi juga boleh menawarkan ciri lain seperti penyejukan aktif. Untuk menghidupkan konsep aeroangkasa lanjutan, bahan mestilah lebih tahan lama, ringan dan kos efektif berbanding sebelum ini. 

Memandangkan industri aeroangkasa terus berkembang, mari kita periksa inovasi terobosan terkini yang akan membawanya lebih jauh.

Menyingkap 'Genom Bahan' untuk Memajukan Reka Bentuk

Bulan lepas, penyelidik dari Sekolah Kejuruteraan Aeroangkasa, Mekanikal dan Mekatronik Universiti Sydney menemui kaedah mikroskopi untuk membongkar hubungan atom dalam bahan kristal seperti keluli termaju dan silikon tersuai.

Ini bermakna penyelidik boleh mengesan perubahan walaupun kecil dalam seni bina peringkat atom bahan ini, meningkatkan pemahaman kita tentang asal-usul asas sifat dan tingkah laku mereka. Pengetahuan ini akan membolehkan pembangunan semikonduktor termaju untuk elektronik dan aloi yang lebih ringan dan lebih kuat untuk sektor aeroangkasa.

Untuk ini, penyelidik menggunakan tomografi probe atom (APT), teknik yang menggambarkan atom dalam tiga dimensi (3D), untuk membongkar kerumitan susunan jarak dekat (SRO). SRO ialah ukuran kuantitatif kecenderungan relatif untuk unsur konstituen bahan untuk menyimpang daripada taburan rawak. Memahami persekitaran atom tempatan adalah penting untuk mencipta bahan inovatif.

Dengan mengukur ketak rawak hubungan kejiranan pada skala atom dalam kristal secara terperinci, SRO membuka "kemungkinan besar untuk bahan yang direka khas, atom demi atom, dengan pengaturan kejiranan khusus untuk mencapai sifat yang diingini seperti kekuatan ,” kata ketua kajian, Profesor Simon Ringer, yang merupakan Pro-Naib Canselor (Infrastruktur Penyelidikan) di Universiti Sydney.

Kadang-kadang disebut sebagai 'genom bahan', SRO telah menjadi satu cabaran untuk mengukur dan mengukur. Ini kerana susunan atom berlaku pada skala yang sangat kecil sehingga anda tidak dapat melihatnya dengan teknik mikroskop konvensional.

Jadi, pasukan penyelidik membangunkan kaedah baharu menggunakan APT yang mengatasi cabaran ini, menjadikannya "satu kejayaan penting dalam sains bahan," kata Ringer, seorang jurutera bahan di AMME. 

Tumpuan kajian adalah pada aloi entropi tinggi (HEA), kawasan yang sangat dikaji kerana potensinya untuk digunakan dalam situasi yang memerlukan kekuatan suhu tinggi, termasuk enjin jet dan loji kuasa.

Menggunakan teknik sains data lanjutan dan melukis data daripada APT, para penyelidik memerhati dan mengukur SRO. Mereka kemudiannya dapat membandingkan cara SRO berubah dalam aloi entropi tinggi kobalt, krom dan nikel di bawah rawatan haba yang berbeza.

Menurut Dr Andrew Breen, felo kanan pasca doktoral:

“(Kajian telah menghasilkan a) analisis sensitiviti yang membatasi julat keadaan yang tepat di mana ukuran tersebut adalah sah dan di mana ia tidak sah.”

Dengan mengukur dan memahami SRO, kajian ini juga boleh membantu mengubah pendekatan kepada reka bentuk bahan dan menunjukkan betapa "perubahan kecil pada seni bina peringkat atom boleh membawa kepada lonjakan besar dalam prestasi bahan," kata Dr. Mengwei He, seorang felo penyelidik pascadoc dalam Pusat Pengajian Kejuruteraan Aeroangkasa, Mekanikal dan Mekatronik.

Selain itu, dengan menyediakan pelan tindakan pada peringkat mikroskopik, kajian ini meningkatkan keupayaan penyelidik untuk mensimulasikan secara pengiraan, memodelkan dan kemudian meramalkan gelagat bahan. Ia seterusnya boleh bertindak sebagai templat untuk kajian masa depan di mana SRO mengawal sifat bahan kritikal. 

Bahan Revolusi untuk Mendayakan Penerbangan Hipersonik

Terdapat banyak minat untuk mencapai penerbangan berterusan pada kelajuan hipersonik, tetapi cabaran teknikal kekal. Ini termasuk menguruskan haba melampau, membangunkan bahan yang boleh menahan tekanan, suhu melampau dan pengoksidaan tanpa menjejaskan prestasi, dan mencipta sistem pendorong yang boleh beroperasi dengan cekap pada kelajuan tinggi dan ketinggian. 

Ketika penyelidik cuba mencari penyelesaian kepada masalah ini, saintis dari Sekolah Sains dan Kejuruteraan Bahan Universiti Guangzhou melaporkan satu kejayaan dalam perisai haba hipersonik awal tahun ini.

Dalam apa yang boleh menjadi penukar permainan untuk penerbangan hipersonik, para saintis membangunkan bahan baharu, seramik berliang, yang memberikan "kestabilan terma yang luar biasa" dan "kekuatan mampatan ultra tinggi." 

Ini telah dicapai menggunakan reka bentuk struktur berskala, yang menurut saintis telah dilakukan buat kali pertama. Selain itu, fabrikasi pantas seramik entropi tinggi ini membuka pintu kepada penerokaan yang lebih luas dalam sektor aeroangkasa, kejuruteraan kimia dan pengeluaran dan pemindahan tenaga.

Para penyelidik berkata seramik itu dibuat melalui "teknik sintesis suhu tinggi ultrafast

Atas ialah kandungan terperinci Membuka kunci 'Genom Bahan' untuk Memajukan Reka Bentuk Aeroangkasa. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!