INL研究人员探讨牙釉质的特性以开发更坚韧的陶瓷降低清洁能源行业成本

金融理财阅读 100 2025-01-08 22:47:02

盖世汽车讯虽然听起来有点难以置信，但小小的牙齿可能在未来的清洁能源世界发挥重要作用。牙釉质具有独特的强度和韧性，除了咀嚼和咬合，还有多种有价值的应用。开发具有同等品质的材料，可能对国家安全和清洁能源领域产生重大影响。

据外媒报道，爱达荷国家实验室（INL）的实习生和美国能源部科学办公室研究生Carli Marsico等人正在专门探讨牙釉质。美国能源部科学办公室（DOE Office of Science）向Marsico授予了一项享有盛誉的学术奖金，以便其进行研究。

该INL研究团发致力于开发更坚韧的陶瓷，以降低整个清洁能源行业的成本。这些陶瓷非常适合高温环境，经常用于环境屏障涂层和其他涡轮机部件。然而，由于陶瓷的脆性结构，必须对涡轮机部件“过度设计”，并进行加固。Marsico表示：“与牙釉质最相似的合成材料是一种单片陶瓷（monolithic ceramic），即只由一种材料制成的陶瓷。这种陶瓷在高温应用场合具有可靠性，在汽车、电气和电子、电力和国防产业中具有重要价值。”

单片陶瓷坚固耐用，不易变形，但是也很脆，韧性不足。如果掉落，很容易破碎。为了模仿牙釉质的强度和韧性，并最终将其应用于单片陶瓷，研究人员必须了解牙釉质为何具有这些特性，这需要适当的成像能力。自从Marsico与INL的建模和仿真科学家Donna Guillen开始合作以来，这一直是其研究的基础。Marsico表示：“牙釉质的结构并不适合现有的三维成像方法。这项研究计划建立了一种方法，从本质上来说，研究人员正在获取牙釉质的二维图像，并将其转换成三维体。”

为了验证并推进这一方法，需要通过同步加速器实验，生成牙釉质内部的图像。2021年，该团队对动物牙齿进行了同步加速器实验。通过观察动物的牙齿，了解到研究人员最感兴趣的一些釉质特征的独特作用和排列方式。接下来，将通过更好的计算模型来重建这些特征，并将其应用于合成材料。

Marsico表示：“不同动物的牙釉质具有不同的功能。例如，食草动物的牙釉质适合缓慢的嚼碎过程，而食肉动物的牙釉质可能更利于咬合和撕裂，也可能更耐冲击。一旦了解是什么让牙釉质如此坚韧，就有希望在制造单片陶瓷时模拟这些特性。这会使涡轮机部件和防弹衣等产品的重量更轻、成本更低，促进实现安全和清洁能源未来。”

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