다공성(Ta0.2Nb0.2Ti0.2Zr0.2Hf0.2)C 고엔트로피 세라믹은 상호 연결된 미세구, 미세구의 풍부한 계면, 고엔트로피 세라믹의 심한 격자 변형을 가지고 있어 기계 및 단열에서 우수한 특성을 가지고 있습니다. 보고된 다른 다공성 UHTC와 비교했을 때, 얻어진 PHEC 세라믹은 현저한 기계적 특성과 열적 특성을 보여줍니다. 크레딧: Journal of Advanced Ceramics, Tsinghua University Press
단열재는 극초음속 차량의 열보호시스템(TPS)의 중요한 부분입니다. 최근 고엔트로피 세라믹은 다성분에 의한 포논의 산란과 왜곡된 격자로 인해 열전도율이 낮아 단열재 분야에서 큰 주목을 받고 있습니다.
사용 가능한 다양한 옵션 중에서 다공성 고엔트로피 카바이드(PHEC) 세라믹은 높은 융점, 우수한 고온 안정성, 낮은 밀도 및 우수한 단열 특성과 같은 고유한 특성으로 인해 TPS의 유망한 후보로 부상했습니다.
일반적으로 다공성 고 엔트로피 초경 세라믹은 템플릿, 직접 발포 및 부분 소결과 같은 다양한 방법을 사용하여 제작되었습니다. 이러한 세라믹을 합성하기 위해 금속 탄화물 또는 산화물은 일반적으로 고체 상태에 의한 시작 물질로 사용됩니다. 이를 위해서는 다양한 구성 요소를 분산시키기 위한 광범위한 밀링과 원자의 확산을 가속화하기 위한 매우 높은 가공 온도가 필요합니다.
그러나 이 접근 방식은 에너지 집약적이며 볼 밀링 공정 중에 불순물이 발생하여 화학량론을 파괴하고 구성 엔트로피에 영향을 미칩니다. 또한 고온 소결은 입자가 성장하고 나노 크기의 기공이 제거되어 PHEC 세라믹의 다공성 및 기공 구조를 조절하기 어렵게 만듭니다. 또한, 고 엔트로피 탄화물의 성형 및 가공은 이 고체 상태에 의해 제한됩니다.
최근 중국 산시 과학기술대학의 하이보 오우양(Haibo Ouyang)이 이끄는 재료 과학자 팀은 자체 발포 방법에 의한 다공성 고엔트로피 세라믹(Ta0.2Nb0.2Ti0.2Zr0.2Hf0.2)을 발견했습니다.
이 연구는 독특한 계층적 다공성 구조의 형성 메커니즘과 다공성 고엔트로피 세라믹뿐만 아니라 다공성 초고온 세라믹을 생산하기 위한 비용 효율적이고 설비적인 전략을 제공합니다.
연구팀은 'Journal of Advanced Ceramics'에 연구 결과를 발표했습니다.
"Ti, Zr, Ta, Nb 및 Hf와 같은 원소를 포함하는 폴리머 폼은 금속 염화물을 촉매로 사용하여 FA의 자체 축합에 의해 생산할 수 있습니다. 폴리머 폼은 열분해 및 탄소열 환원 공정을 통해 다공성 세라믹으로 변형되었습니다."라고 Shaanxi University of Science and Technology의 재료 과학 및 공학 대학 교수인 Haibo Ouyang은 말했습니다.
"PHEC 세라믹은 2μm 크기의 마이크로스피어로 구성되어 91.3%의 높은 다공성과 상호 연결된 프레임을 제공합니다. 이 microspheres는 PHEC 세라믹에 있는 풍부한 계면 그리고 nanosized 숨구멍의 결과로 높 엔트로피 탄화물 입자 (20 nm)로 이루어져 있습니다." 라고 Ouyang를 말했습니다.
"독특한 계층 구조로 인해 제조된 PHEC 세라믹은 뛰어난 압축 강도(28.1±2MPa)와 실온에서 매우 낮은 열전도율(0.046W/m·K)을 가지고 있습니다. 이것은 초고온 응용 분야에서 유망한 단열재가 됩니다."라고 Ouyang은 말했습니다.
다른 기여자로는 중국 Shaanxi University of Science and Technology의 재료 과학 및 공학 대학의 Cuiyan Li, Ruinan Gao, Tianzhan Shen, Zihao Chen, Yanlei Li가 있습니다.
이상의 기사는 2024년 7월 22일 Phys.org에 게재된 “A novel thermal insulation material for ultra-high temperature applications: Hierarchical porous high-entropy ceramics”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : A novel thermal insulation material for ultra-high temperature applications: Hierarchical porous high-entropy ceramics (phys.org)
* 추가정보 출처 : Hierarchical porous (Ta0.2Nb0.2Ti0.2Zr0.2Hf0.2)C high-entropy ceramics prepared by a self-foaming method for thermal insulation (sciopen.com)
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