德克薩斯A&M大學(xué)的研究人員及其同事發(fā)現(xiàn)的一組新智能材料有可能顯著提高噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃油燃燒效率，降低飛行成本。這些材料還可以降低住宅區(qū)域內(nèi)的飛機(jī)噪音，在各種其他行業(yè)中都有其他應(yīng)用。

“讓我感到興奮的是，我們剛剛觸及了一些新的東西，它不僅開辟了一個(gè)全新的科學(xué)研究領(lǐng)域，而且還啟用了新技術(shù)，”雪佛龍教授I和大學(xué)系主任IbrahimKaraman博士說。材料科學(xué)與工程。

這項(xiàng)工作發(fā)表在ScriptaMaterialia上?？ɡ暮现呤堑驴怂_斯A&M的DemircanCanadinc，WilliamTrehern和JiMa，以及聯(lián)合技術(shù)研究中心(UTRC)技術(shù)研究員FanpingSun和ZaffirChaudhry。

該發(fā)現(xiàn)基于將涉及金屬合金的兩個(gè)相對(duì)較新的材料科學(xué)領(lǐng)域或由兩種或更多種元素組成的金屬集合在一起。第一個(gè)領(lǐng)域涉及形狀記憶合金，“智能”材料，可以通過特定的觸發(fā)器從一種形狀切換到另一種形狀，在這種情況下是溫度。想象一下彎曲成螺旋形螺釘?shù)闹苯饘贄U。通過改變溫度，開塞鉆變回桿，反之亦然。

很多應(yīng)用

形狀記憶合金的許多潛在應(yīng)用涉及極熱的環(huán)境，如工作噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，到目前為止，經(jīng)濟(jì)的高溫形狀記憶合金(HTSMA)僅在高達(dá)約400攝氏度的溫度下工作。添加金或鉑等元素可以顯著提高溫度，但所產(chǎn)生的材料太昂貴，除了其他限制。

卡拉曼在與UTRC及其同事一起開展NASA項(xiàng)目時(shí)，開始進(jìn)行這項(xiàng)研究，以解決一個(gè)特定問題：控制渦輪葉片與噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪機(jī)殼體之間的間隙或空間。當(dāng)渦輪葉片和殼體之間的間隙最小化時(shí)，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)最節(jié)省燃料。但是，這種許可必須有一個(gè)合理的余地來處理特殊的運(yùn)營條件。結(jié)合到渦輪機(jī)殼體中的HTSMA可以允許維持所有飛行狀態(tài)的最小間隙，從而改善推力特定的燃料消耗。

HTSMA的另一個(gè)重要潛在應(yīng)用是降低飛機(jī)進(jìn)入機(jī)場(chǎng)時(shí)的噪音。排氣噴嘴較大的飛機(jī)更安靜，但空氣效率較低。HTSMA可以根據(jù)飛機(jī)是在飛行中還是在著陸時(shí)自動(dòng)改變核心排氣噴嘴的尺寸。由與這些操作模式相關(guān)聯(lián)的溫度觸發(fā)的這種變化可以允許在空中更有效的操作和在著陸時(shí)更安靜的條件。

卡拉曼和他的同事決定嘗試通過應(yīng)用另一種新型材料-高熵合金的原理來提高HTSMA的工作溫度，這些材料由四種或更多種元素以大致相等的量混合在一起組成。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了由四種或更多已知形成形狀記憶合金(鎳，鈦，鉿，鋯和鈀)的元素組成的材料，但有目的地省略了金或鉑。

“當(dāng)我們以相同的比例混合這些元素時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)所得到的材料可以在超過500攝氏度的溫度下工作-一個(gè)在700攝氏度下工作-沒有金或鉑。這是一個(gè)發(fā)現(xiàn)，”卡拉曼說?！斑@也是意料之外的，因?yàn)槲墨I(xiàn)另有說法?！?br/>
新材料如何運(yùn)作?卡拉曼說，他們對(duì)如何在如此高的溫度下運(yùn)行有所了解，但還沒有扎實(shí)的理論。為此，未來的工作包括嘗試通過計(jì)算機(jī)模擬來了解原子尺度上發(fā)生的事情。研究人員還致力于探索進(jìn)一步改善材料性能的方法。然而，卡拉曼指出，還有許多其他問題。

“這就是為什么我認(rèn)為這可以開辟一個(gè)全新的研究領(lǐng)域，”他說?！半m然我們將繼續(xù)努力，但我們很高興其他人現(xiàn)在加入我們，這樣我們就可以共同推動(dòng)科學(xué)的發(fā)展。”

UTRC和TexasA&M之間的這個(gè)聯(lián)合項(xiàng)目由美國宇航局前沿特種研究倡議資助。