I ricercatori hanno dimostrato un nuovo metodo per testare materiali aeronautici microscopici a temperature ultra elevate. Combinando la microscopia elettronica e il riscaldamento laser, gli scienziati possono valutare questi materiali in modo molto più rapido ed economico rispetto ai test tradizionali.

I risultati del nuovo studio, diretto da Shen Dillon, un professore di scienza e ingegneria dei materiali presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, e collaboratori dei Laboratori Sandia, sono pubblicati sulla rivista Nano lettere .

Un decennio fa, i progressi nei materiali aeronautici hanno comportato test di grandi dimensioni, modelli costosi e anni di sviluppo. Scienziati e ingegneri ora utilizzano la sperimentazione su microscala per aiutare a creare nuovi materiali e comprendere le proprietà chimiche e fisiche che portano al guasto del materiale.

"I test meccanici su microscala offrono l'opportunità di scomporre i materiali nei loro componenti e vedere i difetti a livello atomico, " disse Dillon.

Fino ad ora, i ricercatori non sono stati in grado di condurre con successo test sui materiali su microscala alle temperature estreme sperimentate dai componenti critici durante il volo.

"Sfortunatamente, è davvero difficile eseguire esperimenti con nuovi materiali o combinazioni di materiali esistenti a temperature ultra elevate superiori a 1, 000 C perché ti imbatti nel problema di distruggere i meccanismi di test stessi, " disse Dillon.

Questa barriera termica ha rallentato lo sviluppo di nuovi materiali per applicazioni commerciali come razzi e veicoli, che richiedono test a temperature ben al di sopra del limite della ricerca attuale di "poche centinaia di gradi Celsius, " ha detto. "Il metodo che dimostriamo nel documento ridurrà significativamente il tempo e le spese necessari per rendere possibili questi test".

Il loro test ad altissima temperatura ha combinato in un modo unico due strumenti comunemente usati. Utilizzando un microscopio elettronico a trasmissione e un riscaldamento laser mirato, sono stati in grado di vedere e controllare dove e come il materiale si deformava alla temperatura più alta possibile prima che il campione evaporasse.

"Siamo stati in grado di unire il laser al tester meccanico in modo così preciso con il TEM da poter riscaldare il campione senza surriscaldare il tester meccanico, " ha detto Dillon. "Il nostro test consente di far crescere un film sottile del materiale senza alcuna lavorazione speciale e quindi metterlo al microscopio per testare una serie di proprietà meccaniche diverse".

Come prova del concetto, lo studio ha testato il biossido di zirconio, utilizzato nelle celle a combustibile e nei rivestimenti a barriera termica, a temperature fino a 2, 050 C, "una temperatura ben al di sopra di qualsiasi cosa si potesse fare in precedenza, " disse Dillon.

Dillon afferma che il documento si tradurrà in "più persone che utilizzeranno questa tecnica per i test ad alta temperatura in futuro perché sono molto più facili da fare e l'interesse ingegneristico è sicuramente lì".

Dillon è anche affiliato al Materials Research Lab dell'Illinois. La National Science Foundation e l'Ufficio di ricerca dell'esercito hanno sostenuto questo studio.