Η τελευταία έρευνα του επίτιμου καθηγητή του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Φλόριντα Martin Glicksman για τα μέταλλα και τα υλικά έχει επιπτώσεις στη βιομηχανία χυτηρίων, αλλά έχει επίσης μια βαθιά προσωπική σχέση με την έμπνευση δύο αποθανόντων συναδέλφων.googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2'); });
Η μελέτη του Gliksman «Επιφανειακή Λαπλασία του διεπιφανειακού θερμοχημικού δυναμικού: ο ρόλος της στον σχηματισμό του καθεστώτος στερεών και υγρών φάσεων» δημοσιεύεται στο τεύχος Νοεμβρίου του κοινού περιοδικού Springer Nature Microgravity.Τα ευρήματα θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε καλύτερη κατανόηση της στερεοποίησης των μεταλλικών χυτών, επιτρέποντας στους μηχανικούς να κατασκευάσουν κινητήρες μεγαλύτερης διάρκειας και ισχυρότερα αεροσκάφη και να προωθήσουν την κατασκευή προσθέτων.
«Όταν σκέφτεστε τον χάλυβα, το αλουμίνιο, τον χαλκό – όλα τα σημαντικά υλικά μηχανικής, τη χύτευση, τη συγκόλληση και την παραγωγή πρωτογενών μετάλλων – πρόκειται για βιομηχανίες πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων μεγάλης κοινωνικής αξίας», είπε ο Glicksman.«Θα καταλάβετε ότι μιλάμε για υλικά και ακόμη και μικρές βελτιώσεις μπορεί να είναι πολύτιμες».
Ακριβώς όπως το νερό σχηματίζει κρυστάλλους όταν παγώνει, κάτι παρόμοιο συμβαίνει όταν τα κράματα λιωμένου μετάλλου στερεοποιούνται για να σχηματίσουν χύτευση.Η έρευνα του Gliksman δείχνει ότι κατά τη στερεοποίηση των μεταλλικών κραμάτων, η επιφανειακή τάση μεταξύ του κρυστάλλου και του τήγματος, καθώς και οι αλλαγές στην καμπυλότητα του κρυστάλλου καθώς μεγαλώνει, προκαλούν μια ροή θερμότητας ακόμη και σε σταθερές διεπαφές.Αυτό το θεμελιώδες συμπέρασμα είναι θεμελιωδώς διαφορετικό από τα βάρη Stefan που χρησιμοποιούνται συνήθως στη θεωρία της χύτευσης, στην οποία η θερμική ενέργεια που εκπέμπεται από έναν αναπτυσσόμενο κρύσταλλο είναι ευθέως ανάλογη με τον ρυθμό ανάπτυξής του.
Ο Gliksman παρατήρησε ότι η καμπυλότητα ενός κρυσταλλίτη αντανακλά το χημικό του δυναμικό: μια κυρτή καμπυλότητα μειώνει ελαφρώς το σημείο τήξης, ενώ μια κοίλη καμπυλότητα το ανεβάζει ελαφρώς.Αυτό είναι γνωστό στη θερμοδυναμική.Αυτό που είναι νέο και ήδη αποδεδειγμένο είναι ότι αυτή η κλίση καμπυλότητας προκαλεί μια πρόσθετη ροή θερμότητας κατά τη στερεοποίηση, η οποία δεν ελήφθη υπόψη στην παραδοσιακή θεωρία της χύτευσης.Επιπλέον, αυτές οι ροές θερμότητας είναι «ντετερμινιστικές» και όχι τυχαίες, όπως ο τυχαίος θόρυβος, ο οποίος κατ' αρχήν μπορεί να ελεγχθεί με επιτυχία κατά τη διαδικασία χύτευσης για αλλαγή της μικροδομής του κράματος και βελτίωση των ιδιοτήτων.
«Όταν έχετε παγώσει πολύπλοκες κρυσταλλικές μικροδομές, υπάρχει ροή θερμότητας που προκαλείται από την καμπυλότητα που μπορεί να ελεγχθεί», είπε ο Gliksman.«Εάν ελέγχονται από χημικά πρόσθετα ή φυσικές επιδράσεις όπως πίεση ή ισχυρά μαγνητικά πεδία, αυτές οι ροές θερμότητας σε πραγματικά χυτά κράματα μπορούν να βελτιώσουν τη μικροδομή και τελικά να ελέγξουν τα χυτά κράματα, τις συγκολλημένες δομές και ακόμη και τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα υλικά».
Εκτός από την επιστημονική της αξία, η μελέτη είχε μεγάλη προσωπική σημασία για τον Glixman, χάρη σε μεγάλο βαθμό στη βοηθητική υποστήριξη ενός αείμνηστου συναδέλφου.Ένας τέτοιος συνάδελφος ήταν ο Paul Steen, καθηγητής μηχανικής ρευστών στο Πανεπιστήμιο Cornell, ο οποίος πέθανε πέρυσι.Πριν από μερικά χρόνια, ο Steen βοήθησε τον Glicksman στην έρευνά του για υλικά στη μικροβαρύτητα χρησιμοποιώντας μηχανική ρευστών διαστημικών λεωφορείων και έρευνα υλικών.Το Springer Nature αφιέρωσε το τεύχος Νοεμβρίου του Microgravity στον Steen και επικοινώνησε με τον Gliksman για να γράψει ένα επιστημονικό άρθρο σχετικά με τη μελέτη προς τιμήν του.
«Αυτό με ώθησε να φτιάξω κάτι ενδιαφέρον που ο Paul θα εκτιμούσε ιδιαίτερα.Φυσικά, πολλοί αναγνώστες αυτού του ερευνητικού άρθρου ενδιαφέρονται επίσης για την περιοχή στην οποία συνέβαλε ο Paul, δηλαδή τη θερμοδυναμική διεπαφής», είπε ο Gliksman.
Ένας άλλος συνάδελφος που ενέπνευσε τον Gliksman να γράψει το άρθρο ήταν ο Semyon Koksal, καθηγητής μαθηματικών, επικεφαλής τμήματος και αντιπρόεδρος ακαδημαϊκών υποθέσεων στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Φλόριντα, ο οποίος πέθανε τον Μάρτιο του 2020. Ο Gliksman την περιέγραψε ως ένα ευγενικό, έξυπνο άτομο που ήταν ευχάριστο να μιλήσει, σημειώνοντας ότι τον βοήθησε να εφαρμόσει τις μαθηματικές του γνώσεις στην έρευνά του.
«Εκείνη κι εγώ ήμασταν καλοί φίλοι και την ενδιέφερε πολύ η δουλειά μου.Ο Semyon με βοήθησε όταν διατύπωσα διαφορικές εξισώσεις για να εξηγήσω τη ροή θερμότητας που προκαλείται από την καμπυλότητα», είπε ο Gliksman.«Ξοδέψαμε πολύ χρόνο συζητώντας τις εξισώσεις μου και πώς να τις διατυπώσω, τους περιορισμούς τους κ.λπ. Ήταν το μόνο άτομο που συμβουλεύτηκα και ήταν πολύ χρήσιμη στη διατύπωση της μαθηματικής θεωρίας και με βοήθησε να την κάνω σωστά».
Περαιτέρω πληροφορίες: Martin E. Gliksman et al., Surface Laplacian of the interfacial thermochemical potencial: its role in the formation of the solid-liquid mode, npj Microgravity (2021).DOI: 10.1038/s41526-021-00168-2
Εάν αντιμετωπίσετε τυπογραφικό λάθος, ανακρίβεια ή θέλετε να υποβάλετε αίτημα για επεξεργασία του περιεχομένου αυτής της σελίδας, χρησιμοποιήστε αυτήν τη φόρμα.Για γενικές ερωτήσεις, χρησιμοποιήστε τη φόρμα επικοινωνίας μας.Για γενικά σχόλια, χρησιμοποιήστε την παρακάτω ενότητα δημοσίων σχολίων (προτάσεις παρακαλούμε).
Τα σχόλιά σας είναι πολύ σημαντικά για εμάς.Ωστόσο, λόγω του όγκου των μηνυμάτων, δεν μπορούμε να εγγυηθούμε μεμονωμένες απαντήσεις.
Η διεύθυνση email σας χρησιμοποιείται μόνο για να ενημερώνει τους παραλήπτες ποιος έστειλε το email.Ούτε η διεύθυνσή σας ούτε η διεύθυνση του παραλήπτη θα χρησιμοποιηθούν για οποιονδήποτε άλλο σκοπό.Οι πληροφορίες που εισαγάγατε θα εμφανιστούν στο email σας και δεν θα αποθηκευτούν από το Phys.org σε οποιαδήποτε μορφή.
Λάβετε εβδομαδιαίες ή/και καθημερινές ενημερώσεις στα εισερχόμενά σας.Μπορείτε να διαγραφείτε ανά πάσα στιγμή και δεν θα μοιραστούμε ποτέ τα δεδομένα σας με τρίτους.
Αυτός ο ιστότοπος χρησιμοποιεί cookies για τη διευκόλυνση της πλοήγησης, την ανάλυση της χρήσης των υπηρεσιών μας από εσάς, τη συλλογή δεδομένων για την εξατομίκευση διαφημίσεων και την παροχή περιεχομένου από τρίτα μέρη.Χρησιμοποιώντας τον ιστότοπό μας, αναγνωρίζετε ότι έχετε διαβάσει και κατανοήσει την Πολιτική Απορρήτου και τους Όρους Χρήσης μας.