Buzz
Siêu hợp kim này mang trong mình những đặc tính đặc biệt chưa từng có.
Khi thế giới đang đối mặt với khủng hoảng khí hậu và nhu cầu năng lượng bền vững, một phát minh đột phá từ Viện Công nghệ Karlsruhe (KIT) tại Đức đang mở ra triển vọng mới.
Các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc chế tạo mộtsiêu hợp kim chịu lửa gốc kim loại với những tính năng chưa từng thấy trước đây.
Siêu hợp kim gốc kim loại – sự kết hợp của chromium, molybdenum và silicon – mang lại những đặc tính vượt trội: Độ dẻo dai tuyệt vời ở nhiệt độ phòng, khả năng chịu nhiệt lên tới 2.000 độ C và kháng oxy hóa cực kỳ hiệu quả ngay cả trong môi trường nhiệt độ khắc nghiệt.
Sản xuất hợp kim bằng phương pháp nung chảy hồ quang tại phòng tổng hợp vật liệu của Viện Vật liệu Ứng dụng – Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu. Ảnh: Chiara Bellamoli, KIT
Phát minh này, được công bố trên tạp chí Nature, hứa hẹn sẽ thay đổi cách thức hoạt động của động cơ máy bay, tua-bin khí và các ứng dụng công nghệ cao, giúp giảm đáng kể việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch và khí thải CO2.
Một bước tiến vượt bậc về công nghệ
Trước đây, các vật liệu chịu nhiệt cao luôn đối mặt với nhiều thử thách lớn:
Kim loại chịu lửa như tungsten, molybdenum và chromium có điểm nóng chảy trên 2.000 độ C, nhưng lại giòn ở nhiệt độ phòng và dễ bị oxy hóa ở nhiệt độ 600-700 độ C, khiến chúng nhanh chóng bị hỏng khi tiếp xúc với oxy. Vì vậy, chúng chỉ có thể sử dụng trong các môi trường chân không đặc biệt, như anode quay trong máy X-quang.
Siêu hợp kim làm từ nickel – tiêu chuẩn cho tua-bin khí – dù có độ dẻo dai và khả năng kháng oxy hóa, nhưng chỉ chịu được nhiệt độ tối đa là 1.100 độ C.
Tất cả những hạn chế này đã được giải quyết nhờ phát minh đột phá từ nhóm nghiên cứu của Giáo sư Martin Heilmaier tại Viện Vật liệu Ứng dụng – Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu tại KIT: Một hợp kim mới làm từ chromium, molybdenum và silicon, không cần kim loại hiếm.
Ảnh minh họa do AI tạo.
Giáo sư Martin Heilmaier giải thích: Các siêu hợp kim hiện nay được làm từ nhiều nguyên tố kim loại khác nhau, bao gồm cả các nguyên tố hiếm, giúp kết hợp nhiều đặc tính như độ dẻo dai ở nhiệt độ phòng, ổn định ở nhiệt độ cao và khả năng chống oxy hóa. Tuy nhiên, vấn đề lớn là nhiệt độ vận hành – nhiệt độ mà chúng có thể sử dụng an toàn – chỉ đạt tối đa 1.100 độ C. Mức này quá thấp để khai thác tối đa hiệu suất của tua-bin hoặc các ứng dụng nhiệt độ cao khác.
"Vì vậy, phát minh siêu kim loại của KIT có thể mở rộng tầm nhìn về khả năng sản xuất các bộ phận chịu nhiệt hoạt động ở nhiệt độ cao hơn rất nhiều (lên đến 2.000 độ C). Kết quả nghiên cứu của chúng tôi có thể tạo ra một bước tiến lớn về công nghệ, giúp chế tạo các linh kiện chịu nhiệt hiệu quả hơn"- Tiến sĩ Alexander Kauffmann, hiện là giáo sư tại Đại học Ruhr Bochum, người đóng vai trò chính trong phát minh, chia sẻ.
Siêu kim loại này có thể "cách mạng hóa" ngành hàng không và nhiều lĩnh vực khác.
Lợi ích của hợp kim mới không chỉ nằm ở lý thuyết."Trong ngành hàng không, việc giảm thiểu đáng kể mức tiêu thụ nhiên liệu sẽ là một yếu tố quan trọng"- Giáo sư Martin Heilmaier nhận xét.
Trong động cơ máy bay,chỉ cần nâng nhiệt độ tua-bin thêm 100 độ C đã có thể giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu khoảng 5%.Đối với ngành hàng không, đặc biệt là các chuyến bay dài khó có thể điện hóa, điều này đồng nghĩa với việc tiết kiệm hàng triệu lít nhiên liệu phản lực mỗi năm, giảm khí thải CO2 và giảm chi phí vận hành. Đây sẽ là tin vui lớn đối với các "gã khổng lồ hàng không" toàn cầu.
Tương tự, các tua-bin khí tĩnh tại trong các nhà máy điện cũng có thể hoạt động hiệu quả hơn với lượng khí thải CO2 thấp hơn nhờ vào vật liệu bền bỉ hơn.
Hợp kim này còn có thể ứng dụng trong X-quang y tế, động cơ tên lửa và các thiết bị công nghiệp chịu nhiệt cực cao, theo các nhà nghiên cứu.
Tuy nhiên, con đường từ phòng thí nghiệm đến ứng dụng công nghiệp còn dài."Để có thể áp dụng hợp kim này trong sản xuất công nghiệp, cần thực hiện nhiều bước phát triển nữa. Tuy vậy, với thành tựu nghiên cứu cơ bản của chúng tôi, chúng tôi đã đạt được một cột mốc quan trọng. Các nhóm nghiên cứu trên toàn cầu có thể xây dựng và phát triển từ thành tựu này"- Giáo sư Martin Heilmaier lạc quan.
Phát minh từ KIT không chỉ là một bước tiến trong vật lý học mà còn mang đến hy vọng cho hành tinh chúng ta. Trong bối cảnh mỗi độ C gia tăng của nhiệt độ toàn cầu là một thử thách, hợp kim "không tan chảy" này có thể giúp chúng ta bay cao hơn, sạch hơn và tiết kiệm hơn.
