Ny antenneteknologi til at udstyre keramiske belægninger med varmestrålingskontrol

De gasturbiner, der driver flymotorer, er afhængige af keramiske belægninger, der sikrer strukturel stabilitet ved høje temperaturer. Men disse belægninger kontrollerer ikke varmestråling, begrænser motorens ydeevne.

Forskere ved Purdue University har konstrueret keramiske "nanorør", der opfører sig som termiske antenner, giver kontrol over spektret og retningen af ​​højtemperatur varmestråling.

Værket er udgivet i Nano bogstaver , et tidsskrift af American Chemical Society. En illustration af de keramiske nanorør vil blive vist som tidsskriftets supplerende omslag i et kommende nummer.

"Ved at kontrollere stråling ved disse høje temperaturer, vi kan øge belægningens levetid. Motorens ydeevne ville også øges, fordi den kunne holdes varmere med mere isolation i længere perioder, " sagde Zubin Jacob, en lektor i el- og computerteknik ved Purdue.

Arbejdet er et led i en større søgen i felten efter en lang række materialer, der kan modstå højere temperaturer. I 2016 Jacobs team udviklede et termisk "metamateriale" - lavet af wolfram og hafniumoxid - der styrer varmestråling med det formål at forbedre, hvordan spildvarme høstes fra kraftværker og fabrikker.

En ny klasse af keramik ville udvide mulighederne for mere effektivt at bruge varmestråling.

Jacobs hold, i samarbejde med Purdue-professorerne Luna Lu og Tongcang Li, bygget nanorør ud af et fremvoksende keramisk materiale kaldet bornitrid, kendt for sin høje termiske stabilitet.

Disse bornitrid nanorør styrer stråling gennem svingninger af lys og stof, kaldet polaritoner, inde i det keramiske materiale. Høje temperaturer ophidser polaritonerne, som nanorørene - som antenner - derefter kobles effektivt til udgående varmestråling.

Antennerne kunne bringe evnen til at accelerere strålingen, udføre forbedret køling af et system eller sende information i meget specifikke retninger eller bølgelængder, sagde Jacob.

Forskerne planlægger at konstruere flere keramiske materialer med polaritoniske egenskaber til en lang række forskellige applikationer.

"Polaritonic keramik kan ændre spil, og vi ønsker, at de skal bruges bredt, " sagde Jacob.