Rannsóknarframfarir á bórkarbíðkeramik í hitastýrðum umbreytingartækjum við háan hita

** Titill: Bórkarbíðkeramik: Heimahitun á hitaraflinu. Tölvuleikur **

(Rannsóknarframfarir á bórkarbíðkeramik í hitaorkubreytibúnaði við háan hita)

Ímyndaðu þér að breyta hita beint í orku. Engin þörf á að færa hluti, engin fyrirhöfn. Þetta er galdurinn við hitaorkubúnað. Hann fær úrgangshita frá vélum, verksmiðjum og einnig eldavélum og breytir honum í verðmæta orku. En það er krafa. Til að ná virkilega mikilli skilvirkni þarftu vörur sem virka við sviðandi hitastig. Mörg efni bráðna einfaldlega eða detta í sundur. Þetta er þar sem bórkarbíð kemur fram í sviðsljósið.

Bórkarbíð er ekki dæmigert keramik. Það er ótrúlega hart, næstum eins og demantur. Það þolir núning. Það tekst á við efnaárásir án þess að hrökkva við. Mikilvægast er að það helst sterkt og öruggt þegar hlutirnir hitna verulega, langt yfir 1000 gráður á Celsíus. Þessi styrkur gerir það að leiðandi efni fyrir heitustu íhluti hitaraflstöðva. Trúið þotuhreyflum, atvinnuofnum, djúpum herbergjamælum – svæðum þar sem neðri hlutir detta í sundur.

Í mörg ár vissu vísindamenn að bórkarbíð hefði möguleika. Vandamálið var að varmaorkuframmistaða þess var ekki alveg fullnægjandi. Til að breyta hita í orku á skilvirkan hátt þarf einstaka blöndu. Efnið ætti að flytja rafmagn vel en hindra flæði hita. Þetta krefjandi jafnvægi er kallað varmaorkuframmistaða (ZT). Snemma útgáfur af bórkarbíði höfðu viðeigandi ZT, en ekki gott, sérstaklega við þau ofurháu hitastig sem við þurfum til að ná sem bestum árangri.

Nýlega varð þetta spennandi. Vísindamenn sitja ekki bara og horfa. Þeir eru að þrýsta á bórkarbíð. Hvernig? Þeir eru að leika sér með það á frumeindastigi. Ein mikilvæg áhersla er lögð á að fínstilla hlutfallið milli bórs og kolefnis. Að ná þessu jafnvægi aðlagar fullkomlega hvernig rafeindir ferðast með efninu. Stundum hjálpar það líka að bæta við smávegis af öðru efni, sem kallast efnablöndun. Líttu á það eins og að bragðbæta mat - smá aukaatriði getur skipt sköpum. Þessar fínstillingar miða að því að auka hversu vel rafmagn ferðast en halda hita inni.

Annað snjallt skref felst í því að uppbyggja efnið á annan hátt. Rannsakendur eru að framleiða bórkarbíð með nanóstórum eiginleikum – hugsaðu um smá korn eða sérstök mynstur. Þessi nanóverkfræði skapar mun meiri áskoranir fyrir hitaberandi titringa (fonóna) til að ferðast um. Hiti dreifist. Rafmagn berst mun auðveldara. Niðurstaðan? Betri ZT-tala. Sumar rannsóknarstofur eru að greina frá umtalsverðri inntaksafköstum, sérstaklega við þessi mikilvægu háu hitastig.

(Rannsóknarframfarir á bórkarbíðkeramik í hitaorkubreytibúnaði við háan hita)

Þróunin er ósvikin. Við sjáum bórkarbíð postulín sem meðhöndlar hitann miklu betur og umbreytir honum mun skilvirkari. Þetta er ekki bara rannsóknarstofuáhugi lengur. Það opnar dyr fyrir sterkari og skilvirkari hitaorkuverkfæri. Hugsið ykkur að fanga úrgangshita úr útblæstri stálverksmiðju, hitastig þar sem flestir skynjarar hverfa. Bórkarbíð getur tekist á við það. Myndaorkukerfi fyrir geimfar sem finna Venus, þar sem yfirborðshitastig bráðna blý. Bórkarbíð gæti hrist það af sér. Ferðalagið er ekki búið. Rannsakendur halda áfram að fínstilla vöruna og leita að enn hærri ZT gildum. Hins vegar hefur bórkarbíð stórlega vaxið í vinsældum háhitahitaorku. Það er að sanna að það getur tekið við hitanum og veitt orkuna.