Ultralahek keramični material, odporen na izjemno visoke temperature

logo

Raziskovalci z UCLA so s sodelavci z več inštitutov ustvarili izjemno lahek, a vzdržljiv keramični aerogel. Ta material bi lahko uporabljali za izolacijo vesoljskih plovil, saj lahko prenese hudo vročino in velike temperaturne spremembe, s katerimi se sooča vsaka odprava v vesolje.

Aerogeli se za izolacijo industrijskih naprav uporabljajo že od devetdesetih let prejšnjega stoletja. Uporabljeni so bili tudi za izolacijo znanstvene opreme pri odpravah na Mars. Novo odkriti material je kljub izpostavljenosti hudim temperaturnim šokom veliko bolj vzdržljiv, je pa tudi lažji. Njegova nenavadna elastičnost izvira iz edinstvene atomske sestave in mikroskopske strukture.

Ko je aerogel segret, se krči, namesto da bi se širil, kot na toploto reagirajo druge keramike. Druga zanimiva lastnost aerogela je, da se krči pravokotno na smer delovanja sile (negativno Poissonovo razmerje), kar je med materiali zelo nenavadno. Predstavljajte si, da stisnete žogico za tenis, njen srednji del pa se, namesto da bi se razširil, skrči. Ti lastnosti mu dajeta veliko večjo prilagodljivost in manjšo krhkost v primerjavi z drugimi keramičnimi aerogeli. Mogoče ga je stisniti na 5 % njegovega prvotnega volumna, ne da bi se zaradi tega trajno deformiral. Dosedanje aerogele je bilo brez trajne deformacije mogoče stisniti le na 20 %.

Kljub temu da zrak sestavlja več kot 99 % aerogelov, so aerogeli trdni in strukturno zelo specifično močni. Mogoče jih je ustvariti iz velikega nabora materialov, kot so: keramika, ogljik ali kovinski oksidi. V primerjavi z drugimi aerogeli so keramični boljši za temperaturno izolacijo, imajo pa tudi zelo majhno gostoto in so zelo odporni na ogenj in korozijo. Vse te lastnosti potrebuje ogrodje vesoljskih plovil.

Dosedanji keramični aerogeli so bili zelo krhki in so po večkratnem segrevanju in ohlajanju pogosto pokali. To je v vesolju pogost slučaj.

Novi material je izdelan iz tankih plasti borovega nitrida, keramike, katere atomi so povezani v šestkotnike v obliki satnic.

Med testiranjem na UCLA je preživel okoliščine, pri katerih bi drugi aerogeli že počili. Prenesel je stotine sprememb temperature od -198 °C do 900 °C, ki so trajale po nekaj sekund. Preživel je tudi enotedensko izpostavitev temperaturi 1400 °C z izgubo le 1 % mehanske trdnosti. Ključ do njegove vzdržljivosti je njegova unikatna zgradba. Njegova fleksibilnost mu omogoča prilagoditev na temperaturne šoke, ki bi druge aerogele uničili.

Običajni keramični materiali se raztezajo s segrevanjem in krčijo ob ohlajanju. S časom se zaradi teh vplivov v materialu pojavijo razpoke, kar pripelje do propada materiala. Novi aerogel je bil zasnovan za obratno delovanje, kar mu daje večjo vzdržljivost. Pri tem pomaga že prej opisana lastnost krčenja pravokotno na smer delovanja sile. Tako lažje preživi velike temperaturne šoke brez poškodb. Ima tudi dvojne notranje stene, kar pomaga zmanjšati njegovo maso, hkrati pa poveča njegove izolativne lastnosti.

Raziskovalci predvidevajo, da bo proces za razvoj tega materiala uporaben tudi za izdelavo drugih ultralahkih materialov. Ti bi bili uporabni za izolacijo vesoljskih plovil, avtomobilov ali druge opreme, pa tudi za druge namene, kot so na primer shranjevanje termične energije, kataliza in filtracija.

Povzeto po: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/02/190214153034.htm

www.sciencedaily.com

Več o članku si preberite v PDF reviji!