Nejnovější výzkum kovů a materiálů emeritního profesora Floridského technologického institutu Martina Glicksmana má důsledky pro slévárenský průmysl, ale má také hluboké osobní spojení s inspirací dvou zesnulých kolegů.googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Gliksmanova studie „Surface Laplacian of the interfacial thermochemical potential: its role in the form of the mode of solid and liquid phase“ je publikována v listopadovém čísle společného časopisu Springer Nature Microgravity.Zjištění by mohla vést k lepšímu pochopení tuhnutí kovových odlitků, což by inženýrům umožnilo postavit motory s delší životností a silnější letadla a pokročit ve výrobě aditiv.
„Když se zamyslíte nad ocelí, hliníkem, mědí – všemi důležitými strojírenskými materiály, odléváním, svařováním a výrobou primárních kovů – jedná se o mnohamiliardová odvětví s velkou společenskou hodnotou,“ řekl Glicksman."Pochopíte, že mluvíme o materiálech a i malá vylepšení mohou být cenná."
Stejně jako voda tvoří krystaly, když mrzne, něco podobného se děje, když roztavené kovové slitiny tuhnou a tvoří odlitky.Gliksmanův výzkum ukazuje, že při tuhnutí kovových slitin způsobuje povrchové napětí mezi krystalem a taveninou, stejně jako změny v zakřivení krystalu při jeho růstu, tepelný tok i na pevných rozhraních.Tento zásadní závěr se zásadně liší od Stefanových závaží běžně používaných v teorii odlévání, ve kterých je tepelná energie vyzařovaná rostoucím krystalem přímo úměrná jeho rychlosti růstu.
Gliksman si všiml, že zakřivení krystalitu odráží jeho chemický potenciál: konvexní zakřivení mírně snižuje bod tání, zatímco konkávní zakřivení jej mírně zvyšuje.To je dobře známo v termodynamice.Nové a již osvědčené je, že tento gradient zakřivení způsobuje při tuhnutí dodatečný tepelný tok, s nímž se v tradiční teorii odlévání nepočítalo.Kromě toho jsou tyto tepelné toky „deterministické“ a nejsou náhodné, jako náhodný šum, který lze v principu úspěšně řídit během procesu odlévání, aby se změnila mikrostruktura slitiny a zlepšily se vlastnosti.
"Když zmrazíte složité krystalické mikrostruktury, existuje tepelný tok vyvolaný zakřivením, který lze ovládat," řekl Gliksman."Pokud jsou řízeny chemickými přísadami nebo fyzikálními vlivy, jako je tlak nebo silná magnetická pole, mohou tyto tepelné toky v odlitcích skutečných slitin zlepšit mikrostrukturu a v konečném důsledku řídit lité slitiny, svařované struktury a dokonce i 3D tištěné materiály."
Kromě vědecké hodnoty měla studie pro Glixmana velký osobní význam, z velké části díky vstřícné podpoře zesnulého kolegy.Jedním z takových kolegů byl Paul Steen, profesor mechaniky tekutin na Cornellově univerzitě, který loni zemřel.Před několika lety Steen pomohl Glicksmanovi ve výzkumu materiálů v mikrogravitaci pomocí mechaniky tekutin raketoplánu a výzkumu materiálů.Springer Nature věnoval listopadové číslo Microgravity Steenovi a kontaktoval Gliksmana, aby o studii na jeho počest napsal vědecký článek.
„To mě přimělo dát dohromady něco zajímavého, co by Paul obzvlášť ocenil.Mnoho čtenářů tohoto výzkumného článku se samozřejmě také zajímá o oblast, do které Paul přispěl, konkrétně o termodynamiku rozhraní,“ řekl Gliksman.
Dalším kolegou, který inspiroval Gliksmana k napsání článku, byl Semyon Koksal, profesor matematiky, vedoucí katedry a viceprezident pro akademické záležitosti na Floridském technologickém institutu, který zemřel v březnu 2020. Gliksman ji popsal jako laskavou, inteligentní osobu, která byla potěšením mluvit s tím, že mu pomohla aplikovat jeho matematické znalosti na jeho výzkum.
„Byli jsme dobří přátelé a moje práce ji velmi zajímala.Semyon mi pomohl, když jsem formuloval diferenciální rovnice k vysvětlení tepelného toku způsobeného zakřivením,“ řekl Gliksman."Strávili jsme spoustu času diskusí o mých rovnicích a o tom, jak je formulovat, jejich omezení atd. Byla jediná osoba, se kterou jsem konzultoval, a byla velmi nápomocná při formulování matematické teorie a pomohla mi ji uvést do pořádku."
Další informace: Martin E. Gliksman et al., Surface Laplacian of the interfacial thermochemical potential: its role in the creation of the solid-liquid mode, npj Microgravity (2021).DOI: 10.1038/s41526-021-00168-2
Pokud narazíte na překlep, nepřesnost nebo chcete odeslat požadavek na úpravu obsahu této stránky, použijte prosím tento formulář.Pro obecné dotazy použijte náš kontaktní formulář.Pro obecnou zpětnou vazbu prosím použijte sekci veřejných komentářů níže (doporučení prosím).
Vaše zpětná vazba je pro nás velmi důležitá.Vzhledem k objemu zpráv však nemůžeme zaručit individuální odpovědi.
Vaše e-mailová adresa slouží pouze k tomu, aby příjemci věděli, kdo e-mail odeslal.Vaše adresa ani adresa příjemce nebudou použity k žádnému jinému účelu.Informace, které jste zadali, se objeví ve vašem e-mailu a Phys.org je neuloží v žádné podobě.
Získejte týdenní a/nebo denní aktualizace do vaší doručené pošty.Z odběru se můžete kdykoli odhlásit a vaše údaje nikdy nebudeme sdílet s třetími stranami.
Tento web používá soubory cookie k usnadnění navigace, analýze vašeho používání našich služeb, shromažďování údajů pro personalizaci reklam a poskytování obsahu od třetích stran.Používáním našich webových stránek potvrzujete, že jste si přečetli a porozuměli našim zásadám ochrany osobních údajů a podmínkám použití.