德克薩斯A&M大學的研究人員及其同事發現的一組新智能材料有可能顯著提高噴氣發動機燃油燃燒效率，降低飛行成本。這些材料還可以降低住宅區域內的飛機噪音，在各種其他行業中都有其他應用。

“讓我感到興奮的是，我們剛剛觸及了一些新的東西，它不僅開辟了一個全新的科學研究領域，而且還啟用了新技術，”雪佛龍教授I和大學系主任IbrahimKaraman博士說。材料科學與工程。

這項工作發表在ScriptaMaterialia上。卡拉曼的合著者是德克薩斯A&M的DemircanCanadinc，WilliamTrehern和JiMa，以及聯合技術研究中心(UTRC)技術研究員FanpingSun和ZaffirChaudhry。

該發現基于將涉及金屬合金的兩個相對較新的材料科學領域或由兩種或更多種元素組成的金屬集合在一起。第一個領域涉及形狀記憶合金，“智能”材料，可以通過特定的觸發器從一種形狀切換到另一種形狀，在這種情況下是溫度。想象一下彎曲成螺旋形螺釘的直金屬桿。通過改變溫度，開塞鉆變回桿，反之亦然。

很多應用

形狀記憶合金的許多潛在應用涉及極熱的環境，如工作噴氣發動機。然而，到目前為止，經濟的高溫形狀記憶合金(HTSMA)僅在高達約400攝氏度的溫度下工作。添加金或鉑等元素可以顯著提高溫度，但所產生的材料太昂貴，除了其他限制。

卡拉曼在與UTRC及其同事一起開展NASA項目時，開始進行這項研究，以解決一個特定問題：控制渦輪葉片與噴氣發動機渦輪機殼體之間的間隙或空間。當渦輪葉片和殼體之間的間隙最小化時，噴氣發動機最節省燃料。但是，這種許可必須有一個合理的余地來處理特殊的運營條件。結合到渦輪機殼體中的HTSMA可以允許維持所有飛行狀態的最小間隙，從而改善推力特定的燃料消耗。

HTSMA的另一個重要潛在應用是降低飛機進入機場時的噪音。排氣噴嘴較大的飛機更安靜，但空氣效率較低。HTSMA可以根據飛機是在飛行中還是在著陸時自動改變核心排氣噴嘴的尺寸。由與這些操作模式相關聯的溫度觸發的這種變化可以允許在空中更有效的操作和在著陸時更安靜的條件。

卡拉曼和他的同事決定嘗試通過應用另一種新型材料-高熵合金的原理來提高HTSMA的工作溫度，這些材料由四種或更多種元素以大致相等的量混合在一起組成。該團隊創造了由四種或更多已知形成形狀記憶合金(鎳，鈦，鉿，鋯和鈀)的元素組成的材料，但有目的地省略了金或鉑。

“當我們以相同的比例混合這些元素時，我們發現所得到的材料可以在超過500攝氏度的溫度下工作-一個在700攝氏度下工作-沒有金或鉑。這是一個發現，”卡拉曼說。“這也是意料之外的，因為文獻另有說法。”

新材料如何運作?卡拉曼說，他們對如何在如此高的溫度下運行有所了解，但還沒有扎實的理論。為此，未來的工作包括嘗試通過計算機模擬來了解原子尺度上發生的事情。研究人員還致力于探索進一步改善材料性能的方法。然而，卡拉曼指出，還有許多其他問題。

“這就是為什么我認為這可以開辟一個全新的研究領域，”他說。“雖然我們將繼續努力，但我們很高興其他人現在加入我們，這樣我們就可以共同推動科學的發展。”

UTRC和TexasA&M之間的這個聯合項目由美國宇航局前沿特種研究倡議資助。