تکنولوژی الکترومغناطیسی آمریکا برای مطالعه مواد در ۳۶۰۰ درجه فارنهایت جهت پیشرفت پرواز ماوراء صوت

دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه ویرجینیا (UVA) با تأسیس یک سیستم پیشگامانه‌ی الکترومغناطیسی معلق (EML) قدم مهمی در تحقیقات سرامیک‌های با دمای فوق بالا برداشته است. این سیستم، که با حمایت مالی از سوی برنامه تحقیقاتی تجهیزات دانشگاهی دفاعی (DURIP) تأمین مالی شده است، امکان مطالعه سرامیک‌های با دمای فوق بالا (UHTCs) را در حالات جامد و مذاب فراهم می‌سازد، بر اساس یک اطلاعیه مطبوعاتی.

سرامیک‌های UHTC نوعی از سرامیک‌ها هستند که می‌توانند دماهای بالای ۳۶۰۰ درجه فارنهایت (۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد) را بدون هیچ گونه خرابی تحمل کنند، در حالی که دارای هدایت‌های حرارتی بالا نیز می‌باشند. به دلیل خواص منحصر به فردشان، این مواد به عنوان سپرهای حرارتی در کاربردهایی از فضاپیماها تا رآکتورهای هسته‌ای، هواپیماهای ماورای صوت تا کوره‌ها استفاده می‌شوند.

با وجود تمام مزایای خود، سرامیک‌های UHTC نیز بسیار شکننده هستند و نمی‌توانند به راحتی از طریق ماشین‌کاری شکل داده شوند. برای بهبود کارکرد آن‌ها، محققان ساختارهای شیمیایی آن‌ها را با دقت بیشتری مطالعه کرده‌اند و انتظار می‌رود سیستم EML پیشرفته به مطالعه بیشتر این دسته از مواد کمک کند.

مشکلات آلودگی

روش‌های متداول تحقیق بر روی سرامیک‌های UHTC اغلب با چالش آلودگی شیمیایی در دماهای بسیار بالا مواجه می‌شوند. تیم تحقیقاتی UVA این مشکل را با تصاحب طراحی بدون محفظه در سیستم جدید EML خود حل کرده است.

در بازطراحی خود، محققان تکنیک‌های القایی و گرمایش لیزری را ادغام کرده‌اند تا تماس مستقیم بین مواد تحت مطالعه و محفظه نگهدارنده را از بین ببرند. بنابراین، حتی زمانی که دما به بالای ۳۶۰۰ فارنهایت می‌رسد، دقت اندازه‌گیری‌ها کاهش نمی‌یابد.

از آنجایی که سرامیک‌های UHTC کاربردهای متنوعی دارند، محققان اطمینان حاصل کرده‌اند که EML می‌تواند شرایط واکنشی به اندازه یک خلأ تا یک جو فوق‌العاده فشار بالا را شبیه‌سازی کند. تحت این شرایط شدید، محققان می‌توانند خواص مانند انبساط حرارتی، نقطه ذوب و تنش سطحی را بررسی کرده و داده‌ها را برای کاربردهایی مانند پرواز ماوراء صوت یا تولید در دمای بالا استفاده کنند.

یک قدم بزرگ برای ایالات متحده

سیستم EML یک قدم بزرگ برای تحقیقات آمریکایی است زیرا اولین تاسیساتی است که به این نوع فناوری در ایالات متحده دست یافته است. پیش از این، اینگونه تأسیسات تنها در آلمان و ژاپن عملیاتی بودند، که محققان ایالات متحده را به معرض بی‌توجهی قرار داده بود.

با این حال، تأسیسات EML در UVA یک قدم جلوتر از همتایان آلمانی و ژاپنی خود است زیرا می‌تواند ذوب کامل سرامیک‌های UHTC را با استفاده از گرمایش لیزری اضافی به ارمغان آورد و به محققان داده‌های دقیق بالایی که قبلاً در دسترس نبود را ارائه دهد.

«سیستم EML نشانگر یک تغییر اساسی در توانایی ما برای مطالعه و مهندسی مواد در محیط‌های سخت است»، گفته است الیزابت اوپیلا، استاد مهندسی و رئیس دپارتمان علم و مهندسی مواد در UVA و محقق اصلی پروژه EML.

«این فناوری نه تنها میدان را پیش می‌برد بلکه نسل آینده دانشمندان مواد را برای کاربردهای حیاتی آموزش خواهد داد.»

این سیستم همچنین با در نظر گرفتن نوآوری‌های آینده طراحی شده است، مانند ادغام با منبع فوتون پیشرفته (APS) در آزمایشگاه ملی آرگون. این امکان را فراهم می‌کند که آزمایش‌هایی مانند پراش X-ray درجا و اندازه‌گیری‌های اکسیداسیون در دمای بالا در آینده انجام شوند. این آزمایش‌ها برای توسعه کاربردها در صنایع انرژی و هوافضا ضروری هستند.

«این تنها یک قطعه جدید از تجهیزات نیست»، اوپیلا در اطلاعیه مطبوعاتی اضافه کرد. «این یک پلتفرم برای کشف و آموزش است که آینده علم مواد را شکل خواهد داد.»