Lærere laver Frankensteel under Materials Camp på MIT

Ti gymnasielærere tilbragte en uge på MIT i juli med at designe og lave Frankensteel, et selvhelbredende materiale inspireret af skurken i Terminator 2-filmen. Dernæst:de sigter mod at genskabe de involverede beregninger og eksperimenter for deres elever derhjemme.

"Dette var en fænomenal oplevelse for mig og inspirerende med hensyn til 'måde fede mulige karrierer/studieretninger' for studerende," skrev en lærer som svar på en anonym undersøgelse i slutningen af ​​ugen.

Introduktion af Materials Engineering

For omkring tyve år siden begyndte verdens største samfund, der involverer materialer, ASM International, at afholde årlige materialelejre for at introducere gymnasieelever – og et par år senere deres lærere – til en verden af ​​materialevidenskab og teknik. Det gjorde de til dels, fordi "gymnasiale elever så ud til at have en grundlæggende forståelse af alle ingeniørområder undtagen materialer," siger Gregory B. Olson, som har været involveret i lejrene i mange år.

Olson, der for nylig sluttede sig til MIT's Department of Materials Science and Engineering (DMSE) som Thermo-Calc Professor of the Practice, ledede den nylige Materials Genome Camp på MIT. Det er første gang, en sådan lejr er blevet afholdt på Instituttet.

Under lejren blev lærerne introduceret til Materials Genome Initiative (MGI), som præsident Obama annoncerede i 2011. Som Olson forklarer, er det et forsøg på at skabe en "fundamental database over de parametre, der styrer samlingen af ​​strukturerne af materialer, " meget ligesom Human Genome Project "er en fysisk database, der styrer samlingen af ​​livets strukturer."

Målet er at bruge databasen til at designe, fremstille og implementere avancerede materialer dobbelt så hurtigt og til en brøkdel af prisen sammenlignet med traditionelle metoder, ifølge MGI-webstedet. MGI "erkendte, at den slags beregningsmaterialedesign, vi har praktiseret, er ægte og klar, og det er, hvad alle burde gøre," siger Olson, som var medstifter af det første center, der blev dannet for at sætte gang i indsatsen, som er finansieret af National Institute of Standards and Technology som det multi-institutionelle "CHiMaD" Center for Hierarchical Materials Design.

Laver Frankensteel

Lærerne på MIT arbejdede med Thermo-Calc, computersoftware, der blev brugt til at forudsige materialestrukturer (hver gik hjem med en gratis kopi). De brugte det til at designe fire forskellige versioner af Frankensteel, materialet inspireret af skurken i Terminator 2, hvis metallegeme kan tage et slag og derefter reparere sig selv. "Vi ønskede at fokusere på noget, der virkelig ville begejstre studerende," siger Olson, hvis fortsatte CHiMaD-forskning støttes af MIT Materials Research Laboratory.

Frankensteel er sammensat af en metallegering understøttet af et netværk af ledninger lavet af en formhukommelseslegering (materialer, der undergår en reversibel ændring i struktur, når de udsættes for varme). Hvis kompositmaterialet revner, kan det "hele" sig selv, når det opvarmes til en bestemt temperatur. "Det lodder i det væsentlige sig selv ved den temperatur," siger Olson.

Til lejren designede lærerne først fire versioner af en tinlegering i stedet for den jernlegering, der blev brugt i kommercielle Frankensteels. "Det er en forenklet version, der kan laves i et kemilaboratorium på gymnasiet," siger Olson. De beregnede også, hvor mange ledninger der er nødvendige i hver komposit.

Så lavede og testede de materialerne.

Hele processen kan udføres i et kemilaboratorium på gymnasiet, siger Olson, med undtagelse af den endelige test. "Testen er den største udfordring i at flytte [demonstrationen] til skolerne" på grund af det involverede udstyr. Olson bemærker dog, at skoler nogle gange kan samarbejde med lokale universiteter for at bruge deres udstyr. "Vi fortsætter med at udforske andre måder, hvorpå lærerne kan udføre testene," siger Olson. "Et af fakultetet, der har været involveret i disse lejre i lang tid, har endda fundet på en træbaseret træktester, som du selv kan bygge og betjene ved at dreje et håndsving."

Materials Camp inkluderede også flere gæsteforelæsninger, herunder et af professor Christopher Schuh, Danae og Vasilis Salapatas professor i metallurgi og en tidligere leder af DMSE. Flere andre MIT-folk var også involveret i Materials Camp. Technical Instructors Shaymus Hudson and Mike Tarkanian shared their laboratories and instructed the teachers in casting and testing their samples. DMSE graduates students Krista Biggs, Clay Houser, and Julian Rackwitz, and Research Associate Dr. Margianna Tzini, helped coordinate the overall week.

Concludes Biggs:"We had an enthusiastic, curious group of teachers working on an interesting project, and it was a very fulfilling week." + Udforsk yderligere

Forskerhold udvikler ny strategi for design af termoelektriske materialer