Siêu hợp kim mới giúp ngành điện giảm phát thải carbon

Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia, Phòng thí nghiệm quốc gia Ames, Đại học bang Iowa và Tập đoàn Bruker đã bắt tay hợp tác với nhau trong dự án sản xuất siêu hợp kim này.

Họ sử dụng máy in 3D để tạo ra một hợp kim có các thành phần phi thường khiến nó bền hơn và nhẹ hơn các vật liệu tối tân hiện đang được dùng trong các động cơ tua-bin khí.

Khoảng 80% điện ở Mỹ tới từ các nhà máy điện hạt nhân hay nhiên liệu hóa thạch. Cả hai loại cơ sở này đều dựa vào nhiệt để khiến tua-bin quay và tạo ra điện. Nếu tua bin có thể vận hành ở nhiệt độ cao hơn thì nhiều năng lượng hơn sẽ được biến thành điện trong khi giảm được lượng nhiệt thừa thải ra môi trường.

Các thí nghiệm của Sandia cho thấy, ở nhiệt độ 800 độ C, siêu hợp kim mới - gồm 42% nhôm, 25% titan, 13% niobi, 8% zirconia, 8% molybden và 4% tantali - bền hơn nhiều hợp kim có tính năng cao khác, gồm cả những hợp kim hiện đang được sử dụng trong các bộ phận của tua-bin, và vẫn bền hơn khi nó được đưa trở lại nhiệt độ phòng.

Đây cũng là điều đặc biệt của siêu hợp kim mới khi không một kim loại riêng lẻ nào chiếm quá nửa thành phần vật liệu. Để so sánh, thép có khoảng 98% sắt kết hợp với carbon, bên cạnh các nguyên tố khác.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu quan tâm tới các kỹ thuật mô hình máy tính có thể giúp họ khám phá nhiều thành phần để tạo ra các siêu hợp kim khác.

Phía trước vẫn còn nhiều thách thức. Ví dụ, rất khó để sản xuất siêu hợp kim mới này với khối lượng lớn mà hoàn hảo không tì vết bằng công nghệ in 3D. Bên cạnh đó, các vật liệu cấu thành siêu hợp kim này rất đắt tiền.

Tuy nhiên, phát hiện mới có tác động rất lớn tới lĩnh vực năng lượng cũng như ngành hàng không và tự động hóa.

Nghiên cứu của nhóm đã được đăng trên tạp chíApplied Materials Today.