Výjimečně termostabilní materiál udrží objem při teplotách -269 až 1126 °C  
Když ve vhodném poměru smícháte skandium, hliník, wolfram a kyslík, tak získáte ultra-termostabilní materiál. V rozmezí teplot od téměř absolutní nuly až více než 1000 stupňů Celsia nehne ani brvou. Pokud se materiál podaří dotáhnout do prakticky využitelné podoby, tak by se mohl uplatnit v celé řadě zajímavých aplikací.
Nový materiál se bude hodit pro hypersonické letouny. Kredit: Raytheon.
Nový materiál se bude hodit pro hypersonické letouny. Kredit: Raytheon.

Mnohé materiály při změnách teplot mění svůj objem. Můžeme to využívat ke svému prospěchu, ale často je to problém, který je nutné komplikovaně řešit. Australští materiáloví vědci nedávno vyvinuli nový materiál, který je jedním z nejvíce termálně stabilních materiálů, jaké se kdy dostaly lidem do rukou.

 

Neeraj Sharma. Kredit: UNSW.
Neeraj Sharma.
Kredit: UNSW.

Tento podivuhodný materiál představuje směs skandia, hliníku, wolframu a kyslíku (Sc1,5Al0,5W3O12). Zcela beze změny objemu zůstává v neuvěřitelném rozsahu teplot, od mínus 269 až po 1126 stupňů Celsia. Podle jeho tvůrců z University of New South Wales to je širší rozsah teplot, než u jakéhokoliv jiného materiálu pro praktické využití. Něco takového velmi uvítají inženýři pro výrobu komponent, které budou vystaveny extrémním změnám teplot.

 

Možných využití se nabízí celá řada. Materiál bude velmi žádoucí při výrobě leteckých a vesmírných technologií, kde si s prudkými změnami teplot lámou hlavy dnes a denně. Mezi odborníky se traduje případ legendárního „Kosa“ SR-71 Blackbird, který se při své nejvyšší rychlosti Mach 3,4 roztahoval tak, že měl problémy s naplněním palivových nádrží.

 

Zařízení Echidna. Kredit: ANSTO.
Zařízení Echidna. Kredit: ANSTO.

Nový materiál australských vědců je zcela lhostejný vůči teplotám blízkým absolutní nule a zároveň také vůči teplotám, jaké je možné čekat při provozu letounů dosahujících rychlostí Mach 5. Materiál se ale rovněž uplatní v méně extrémních prostředích, protože řada komponent, například v biomedicíně, nezvládne ani nepatrné roztažení vlivem vyšší teploty.

 

Jak to často bývá zvykem, v Austrálii tento materiál objevili náhodou. Jak přiznal vedoucí výzkumu Neeraj Sharma, s kolegy experimentovali s materiály při výzkumu baterií a najednou zjistili, že při tomto konkrétním složení získali materiál s podivuhodnými vlastnostmi.

 

Badatelé proměřili vlastnosti materiálu na speciálním systému Echidna (high-resolution powder diffractometer), které pracuje v zařízení Australian Synchrotron a v centru Australian Centre for Neutron Scattering. Zjistili, že materiál je skutečně výjimečně termostabilní. Na rozdíl od jiných materiálů u něj při zahřívání prakticky nedochází k prodlužování vazeb mezi atomy, ani k rotaci atomů, což jsou fenomény, které obvykle odpovídají za roztahování materiálů za vyšších teplot. Mechanismus, který stojí za stabilitou nového materiálu, přitom není detailně známý. Každopádně to ale funguje.

 

Sharmův tým hodlá s materiálem dál experimentovat. Chtějí vyladit jeho složení, které zatím není úplně ideální. Hliník, wolfram a kyslík jsou v pohodě, ale skandium je vzácnější a dražší. Pokud by se podařilo skandium nahradit levnějším prvkem, prospělo by to praktickému uplatnění.

 

Video: Advanced material has zero thermal expansion

 

Literatura

ANSTO 9. 6. 2021.

Chemistry of Materials 33: 3823–3831.

Datum: 16.06.2021
Tisk článku

Související články:

Lanthanoidový materiál je supravodivý za (téměř) pokojové teploty     Autor: Stanislav Mihulka (25.12.2018)
Nový ultralehký keramický aerogel ustojí extrémní teploty     Autor: Stanislav Mihulka (15.02.2019)
Důmyslný ultratenký tepelný štít ochrání elektroniku     Autor: Stanislav Mihulka (21.08.2019)



Diskuze:

G Hart,2021-06-16 13:05:11

A bude to mít v tomto rozsahu teplot i neměnné mechanické vlastnosti? Aby to v oblasti těch nízkých teplot neprasklo když se na to křivě podívám, a v těch vysokých naopak aby se to neohýbalo vlastní vahou?
Tyto chybějící informace jsou odborného článku dost zásadní chybou a pro praktické využití je to podstatné.....

Odpovědět

Pavel Piskač,2021-06-16 11:38:05

pohledem chemika je to takové podivné.
z toho sumárního vzorce vyplývá jednoduchý komplex oxidů
Sc2O3*Al2O3*6WO3

a z termodynamiky - kde by se ta energie ukládala? rotace vibrace by to asi nepobraly a pohyb molekul to dle popisu nebude.

Odpovědět


Re:

Pavel Piskač,2021-06-16 11:46:46

oprava
3Sc2O3*Al2O3*12WO3

Odpovědět


Re:

Josef Hrncirik,2021-06-16 12:50:28

Vyjímečně termostabilní materiál bude kvůli W velmi těžký a dost drahý.
Při použití v redukční atmosféře běžných spalování se W6+ vyjímečně snadno zredukuje, ve struktuře vznikne pnutí a teplotní roztažnost a navíc to začne hrát velmi výraznými barvami metalického lesku až domodro černé (kvalitní typografické pigmenty např. při tisku známek a jiných cenin).
Bude to potom lepší než beztak drahé křemenne sklo?

Odpovědět

praktičnost

Petr Petr,2021-06-16 06:38:01

No, nevím jaké to bude mít využití. Jde o malou objemovou teplotní roztažnost. Ovšem jde o krystal, jehož (celkem normální) délková teplotní roztažnost je kompenzována (různými) zápornými délkovými teplotními roztažnostmi v kolmých směrech. Takže leda že bude vše ze zorientovaného krystalu, jinak to změnou teploty prdne...

Odpovědět


Re: praktičnost

Milan Vnouček,2021-06-16 08:05:38

Ano a navíc vazby mezi jednotlivými složkami WO4 a Sc3Al jsou jen velmi slabé, takže mechanicky to nebude žádný zázrak.

Odpovědět


Re: praktičnost

Zdenek Svindrych,2021-06-20 21:36:43

Naopak je třeba nano-mikro-krystaličnosti, aby se vlivy v jednotlivých směrech vyrušily. Něco jako moderní sklokeramická deska...

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace