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新型压力变送器比传统变送器更坚硬使用更持久

来源:编辑::发表时间:2019-11-19 16:28:15

    一个国际研究团队开发了一种压力变送器,该压力变送器在室温下可塑性变形而不会破裂。这一发现可能会彻底改变压力变送器在现代应用中的使用方式。

    新型压力变送器具有类似金属的特性,并且与常规变送器相反,在拉伸或压缩时具有延展性。研究结果于2019年11月15日发表在著名的《科学》杂志上。

    “常规的变送器是在压力下脆,容易碎裂。大家发现了一种制造具有延展性的变送器的方法。换句话说,大家的变送器比传统变送器更坚硬。”玛丽居里研究员Erkka Frankberg博士说。

    研究人员使用了一种具有挑战性的技术,即脉冲激光沉积,将氧化铝转化为变送器状。

    “将氧化铝转化为变送器状物质极其困难。传统的变送器制造工艺无法应用于氧化铝,因为它很容易转变为结晶形式。解决方案是将材料从高温极快地冷却下来,以防止结晶。

    具有可塑性的变送器的制造极具挑战性。弗兰克伯格认为,在可以大规模生产新型压力变送器之前,必须进一步完善和发展该工艺。

   “铝和氧在地球上都很丰富,但大家需要非常规的制造工艺才能获得所需的性能。所生产的变送器还需要足够纯净且无瑕疵,这带来了进一步的挑战,”弗兰克伯格说。

 

压力变送器.jpg

 

    为了延展性,必须使用高质量的压力变送器。变送器中任何瑕疵(例如裂纹,气泡或杂质)的存在都可能导致破裂。

    变送器具有延展性,因为原子能够移动和改变位置
    常规的平板变送器主要由氧化硅组成,并且容易破裂,因为变送器中的原子在受到应力时无法移动。如果变送器弯曲或拉伸得过猛,它将破裂。传统的变送器制造工艺允许将变送器模制成任何形状,但是它们需要高温。

    “在传统的方法中,变送器被加热到熔融状态。我敢肯定,大家所有人都已经看到吹变送器机在处理炽热的变送器,”弗兰克伯格说。

    然而,已证明的变送器延展性是在室温下实现的。

    “在大家的变送器中,原子能够在变送器达到破裂所需的应力之前从一个位置移动到另一位置,而在常规变送器中,断裂应力是在原子开始移动之前达到的,这就是变送器容易破裂的原因。”

    但是,当材料承受不断增加的压力时,肯定会最终破裂吗?

    “是的,是的,不是的。在脆性材料中,应力会稳定增加,直到破裂。但是,如果原子在达到断裂应力之前开始移动,应力将不再增加,而是趋于屈服应力,从而产生连续现象。

    寻找其他具有可塑性的眼镜
    研究人员准备了变送器薄膜并对其施加了机械应力。尽管该材料表现出类似金属的性能,但它仍然是变送器。
“ 大家拉伸和压缩了大家的材料样品。通过进行组合的压缩和剪切试验,大家能够证明该材料也能够适应剪切力 ”,弗兰克伯格说。

    使用位于法国里昂的透射电子显微镜内部的专用测试设备进行了主要实验。国际研究联盟由来自芬兰,法国,意大利,奥地利,挪威和美国的研究人员组成。

    “建立具有挑战性的实验装置需要来自材料科学各个领域的专家的大力国际努力。此外,大家利用超级计算机创建了材料的原子级模型,”研究联盟负责人弗兰克伯格说。

    根据“地平线2020研究计划”,该研究项目已获得芬兰,法国和意大利的国家资助,以及欧盟的国际资助。但是,该研究仍处于早期阶段。

    “展示延展性仅仅是个开始。下一步,大家将研究哪些其他眼镜具有相同的功能,以及为什么某些眼镜仍然易碎”,弗兰克伯格说。

    变送器的新应用
    具有塑性变形能力的变送器可以为创新开辟新的途径。

    “变送器是一种普通家用材料,但具有有限的用途,由于其固有的脆性。大家的研究可能有助于确定变送器的新应用领域。”

    迫切需要更耐用的变送器,例如,在智能手机中,如果将手机放在硬地板上,可以防止屏幕破裂。

    “您可以将手机砸在地板上而不会损坏屏幕。大家当前的智能手机屏幕基本上是具有增强的弹性和强度的常规窗户变送器。但它们最终仍是由不具有塑性的变送器制成,”弗兰克伯格指出。

    通过朝着意想不到的方向看,也有可能开发出新的基于变送器的创新产品。由于大家固有地将变送器与脆性联系在一起,因此大家可能无法对新型压力变送器提供的可能性敞开胸怀。比普通变送器坚韧得多的变送器在新应用中具有巨大的潜力。

    “令人惊讶的知之甚少的压力变送器。这项研究增进了大家的理解,并开辟了全新的研究途径,”弗兰克伯格说。

    新型压力变送器比钢强得多。由于变送器比钢还轻得多,因此这种新材料可能具有潜在用途,例如在机械工程和建筑中。在电子,可再生能源生产系统,空间应用和电池技术中,变送器的现代应用常常被人们所忽视。研究人员达到的耐用性水平可能会为广泛的技术研究开辟新的前景。

    “尽管如此,研究仍需要时间。既然大家已经做出了发现,那么可能需要数十年的时间才能将生产规模扩大到工业规模。在材料工程中通常是这种情况。但是,如果一种材料真正对人类有用,它将像变送器一样被使用数千年。

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