Новый материал на керамической основе может найти применение при высокотемпературных условиях. Его можно использовать, например, для создания приводов внутри реактивного двигателя самолета, сообщает Массачусетский технологический институт (США). Подробно разработка описана в журнале Nature.
У материалов с памятью формы, как правило, две разные конфигурации, между которыми они могут переключаться. Форма может меняться под воздействием температуры, механического напряжения, электрического или магнитного поля.
Металлы с памятью формы уже давно используются в качестве простых приводов в различных устройствах. Это пластичный материал, который более устойчив к повреждениям, чем любой другой. «Когда вы меняете форму материала на атомарном уровне, можно причинить много вреда. Атомы должны перетасоваться и изменить свою структуру. А поскольку атомы движутся и перетасовываются, их легко поставить не в те места, создать дефекты и повредить материал, что приводит к их усталости и, в конечном итоге, к распаду», – объясняют авторы работы.
Тем не менее, металлы ограничены диапазоном температур плавления: обычно граница не превышает нескольких сотен градусов по Цельсию. Керамика же выдерживает гораздо более высокие температуры – иногда до тысяч градусов. Но она очень плохо переносит повреждения и обычно не гнется, а ломается. Известно, например, что цирконий обладает свойством памяти формы, но он очень легко накапливает повреждения во время трансформации.
Теперь команда Массачусетского технологического института нашла способ создать керамический материал, который может срабатывать без накопления повреждений, что позволяет ему надежно функционировать в качестве материала с памятью формы в течение многих циклов использования.
Результатом стала новая вариация циркония. Материал выглядит как «классический» цирконий, но некоторые атомы различных элементов были введены в его структуру таким образом, что изменились некоторые его свойства.
Одним из распространенных применений материалов с памятью формы являются предохранительные клапаны, где, если резервуар с чем-либо превышает определенную критическую температуру, клапан срабатывает от этого тепла, автоматически открываясь для сброса давления и предотвращения взрыва. Новый «цирконий» с памятью формы теперь может расширить эту способность до гораздо более высоких температур, чем те, которые могут выдержать существующие материалы. Например, потенциально его можно использовать в приводах, которые направляют поток воздуха внутри реактивного двигателя.
Но это уже вопрос будущего. Сейчас керамика с памятью формы распадается после нескольких циклов трансформации. Команда планирует продолжить изучение материала, чтобы проверить его способность выдерживать множество таких циклов и найти способы производить его большими партиями и более сложной формы.
[Иллюстрация: EDWARD PANG]
