Un grupo de nuevos materiales inteligentes descubiertos por investigadores de la Universidad de Texas A&M y sus colegas tiene el potencial de mejorar significativamente la eficiencia del consumo de combustible en los motores a reacción. recortando el costo de volar. Los materiales, que también podría reducir el ruido de los aviones en áreas residenciales, tienen aplicaciones adicionales en una variedad de otras industrias.

"Lo que me emociona es que acabamos de arañar la superficie de algo nuevo que no solo podría abrir un campo completamente nuevo de investigación científica, pero también permiten nuevas tecnologías, "dijo el Dr. Ibrahim Karaman, Chevron Professor I y director del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la universidad.

El trabajo fue publicado en Scripta Materialia . Los coautores de Karaman son Demircan Canadinc, William Trehern, y Ji Ma de Texas A&M, y Fanping Sun y Zaffir Chaudhry, Miembro técnico del United Technologies Research Center (UTRC).

El descubrimiento se basa en reunir dos áreas relativamente nuevas de la ciencia de los materiales que involucran aleaciones metálicas, o metales compuestos por dos o más elementos. La primera área involucra aleaciones con memoria de forma, materiales "inteligentes" que pueden cambiar de una forma a otra con activadores específicos, en este caso la temperatura. Imagínese una varilla de metal recta que está doblada en un sacacorchos. Al cambiar la temperatura, el sacacorchos vuelve a convertirse en una varilla y viceversa.

Muchas aplicaciones

Muchas aplicaciones potenciales de las aleaciones con memoria de forma involucran ambientes extremadamente calientes como un motor a reacción en funcionamiento. Hasta ahora, sin embargo, aleaciones económicas con memoria de forma de alta temperatura, (HTSMA), sólo han trabajado a temperaturas de hasta unos 400 grados centígrados. Agregar elementos como oro o platino puede aumentar significativamente esa temperatura, pero los materiales resultantes son demasiado caros, entre otras limitaciones.

Karaman, mientras trabajaba en un proyecto de la NASA con UTRC y sus colegas, Comenzó esta investigación para abordar un problema específico:controlar el aclaramiento, o espacio, entre las palas de la turbina y la carcasa de la turbina en un motor a reacción. Un motor a reacción ahorra más combustible cuando se minimiza el espacio entre las palas de la turbina y la carcasa. Sin embargo, esta autorización debe tener un margen justo para hacer frente a condiciones de funcionamiento peculiares. Los HTSMA incorporados en la carcasa de la turbina podrían permitir el mantenimiento del espacio libre mínimo en todos los regímenes de vuelo, mejorando así el consumo de combustible específico de empuje.

Otra aplicación potencial importante de los HTSMA es la reducción del ruido de los aviones cuando llegan a un aeropuerto. Los aviones con boquillas de escape más grandes son más silenciosos, pero menos eficiente en el aire. Los HTSMA podrían cambiar automáticamente el tamaño de la boquilla de escape del núcleo dependiendo de si el avión está en vuelo o aterrizando. Tal cambio desencadenado por las temperaturas asociadas con estos modos de operación, podría permitir un funcionamiento más eficiente en el aire y condiciones más silenciosas en el momento del aterrizaje.

Karaman y sus colegas decidieron intentar aumentar las temperaturas de funcionamiento de los HTSMA aplicando principios de otra nueva clase de materiales. aleaciones de alta entropía, que se componen de cuatro o más elementos mezclados en cantidades aproximadamente iguales. El equipo creó materiales compuestos por cuatro o más elementos conocidos por formar aleaciones con memoria de forma (níquel, titanio, hafnio, circonio y paladio), pero omitió intencionalmente el oro o el platino.

"Cuando mezclamos estos elementos en proporciones iguales, descubrimos que los materiales resultantes podían funcionar a temperaturas muy superiores a los 500 grados C (uno funcionó a 700 grados C) sin oro ni platino. Eso es un descubrimiento, ", dijo Karaman." También fue inesperado porque la literatura sugirió lo contrario ".

¿Cómo funcionan los nuevos materiales? Karaman dijo que tienen ideas sobre cómo funcionan a temperaturas tan altas, pero aún no tengo teorías sólidas. Con ese fin, el trabajo futuro incluye tratar de comprender lo que está sucediendo a escala atómica mediante la realización de simulaciones por computadora. Los investigadores también tienen como objetivo explorar formas de mejorar aún más las propiedades de los materiales. Karaman señala, sin embargo, que quedan muchas otras preguntas.

"Por eso creo que esto podría abrir un área de investigación completamente nueva, ", dijo." Si bien continuaremos con nuestros propios esfuerzos, estamos emocionados de que ahora otros se unan a nosotros para que juntos podamos traspasar los límites de la ciencia ".