The ceramic nanocomposite work in M

The ceramic nanocomposite work in Multiphysics Lab at Purdue focuses on (1) Understanding Performance of Carbide and Nitride Based High Temperature Ceramic Nanocomposites for Extreme Environments found in power generation cycles Including Nuclear Applications, (2) Multiscale Modeling and Characterization in Oxide Ceramic Materials and (3) Understanding thermal conduction and thermal issues in materials for thermoelectric power generation. A description of major areas of interest and contributions is as follows:

Understanding thermal conduction and thermal issues to develop materials with low thermal conductivity3-5: This work focuses on understanding atomistic mechanisms of operation of nanocomposites for thermoelectric power generation such that materials with low thermal conductivity could be developed. Explicit molecular simulations using molecular dynamics (MD) are performed to understand how morphology alterations can be used to reduce thermal conductivity in nanocomposites. We have found certain biomimetic arrangements that could achieve significant reduction in thermal conduction. We are in the process of making and testing such materials.
Understanding Performance of Carbide and Nitride Based High Temperature Ceramic Nanocomposites for Extreme Environments Including Nuclear Applications6-12: This research work focuses on understanding mechanisms of room temperature and high temperature operations of advanced nanocomposite ceramic materials that can enable power plant operation at temperatures in excess of 1750 K leading to efficiencies of almost 70% and significant reduction in the plant emissions. As an off-shoot, this project also focuses on thermal properties of these materials for possible use as high temperature multifunctional materials, high temperature structural materials in nuclear applications or heat sensors in nuclear applications.
Multiscale Modeling and Characterization in Oxide Ceramic Materials13-18: Focus during this work has been on understanding multiscale thermomechanical behavior of advanced composite materials such as multifunctional Al+Fe2O3 nanocrystalline composites and high-strength Al2O3/TiB2 ceramic armor composites. This research on atomistic deformation analyses of Al+Fe2O3 multifunctional nanocomposites using MD is one of the first in the area of atomistic deformation analyses of advanced ceramic composite nanomaterials. In this work large scale MD simulations of nanocrystalline Al+Fe2O3 multifunctional composites, of single crystalline Al, of single crystalline Fe2O3, and of various interfacial configurations of single crystalline Al and Fe2O3 are performed. In the case of Al2O3/TiB2 ceramic armor composites, we have developed and used a new cohesive finite element method (CFEM) for quantitative characterization of dynamic fracture.
The above contribution is strongly based on a collaborative multiscale modeling-material design-experimental processing approach. A snapshot of the overall collaborative research approach on modeling, design, and fabrication highlights is provided below.

Kết quả (Việt) 1:

Việc gốm nanocomposite, Phòng thí nghiệm Multiphysics tại Purdue tập trung vào hiệu suất hợp kim cứng (1) sự hiểu biết và nitrua dựa cao nhiệt độ gốm Nanocomposites cho môi trường khắc nghiệt tìm thấy trong máy phát điện chu kỳ bao gồm cả ứng dụng hạt nhân, mô hình hóa (2) Multiscale và đặc tính trong vật liệu gốm ôxít và (3) sự hiểu biết dẫn nhiệt và các vấn đề nhiệt trong các vật liệu để phát điện điện. Một mô tả về các lĩnh vực chính của quan tâm và đóng góp là như sau:Sự hiểu biết dẫn nhiệt và các vấn đề nhiệt để phát triển các vật liệu nhiệt thấp conductivity3-5: làm việc này tập trung vào sự hiểu biết atomistic cơ chế hoạt động của nanocomposites để phát điện điện như vậy mà các tài liệu với độ dẫn nhiệt thấp có thể được phát triển. Rõ ràng các mô phỏng phân tử bằng cách sử dụng động lực học phân tử (MD) được thực hiện để hiểu làm thế nào thay đổi hình thái học có thể được sử dụng để làm giảm độ dẫn nhiệt ở nanocomposites. Chúng tôi đã tìm thấy một số sắp xếp biomimetic có thể đạt được giảm đáng kể trong nhiệt dẫn. Chúng tôi đang trong quá trình thực hiện và thử nghiệm vật liệu.Sự hiểu biết hiệu suất của cacbua và nitrua dựa cao nhiệt độ gốm Nanocomposites cho cực môi trường bao gồm cả hạt nhân Applications6-12: công trình nghiên cứu này tập trung vào sự hiểu biết cơ chế của nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao hoạt động của nâng cao nanocomposite vật liệu gốm có thể cho phép nhà máy điện hoạt động ở nhiệt độ vượt quá 1750 K dẫn đến hiệu quả của gần 70% và giảm đáng kể lượng khí thải thực vật. Là một off-shoot, dự án này cũng tập trung vào các tính chất nhiệt của các tài liệu để có thể sử dụng với như là vật liệu đa chức năng nhiệt độ cao, vật liệu cấu trúc nhiệt độ cao trong các ứng dụng hạt nhân hoặc nhiệt cảm biến trong các ứng dụng hạt nhân.Multiscale các mô hình và các đặc tính trong ôxít gốm Materials13-18: tập trung trong công việc này đã trên sự hiểu biết multiscale thermomechanical hành vi của vật liệu composite cao cấp chẳng hạn như vật liệu tổng hợp nanocrystalline Al + Fe2O3 đa chức năng và vật liệu tổng hợp gốm giáp Al2O3/TiB2 cường độ cao. Này nghiên cứu về biến dạng atomistic phân tích của Al + Fe2O3 đa chức năng nanocomposites bằng cách sử dụng MD là một trong những người đầu tiên trong khu vực của atomistic biến dạng phân tích của vật liệu nano hỗn hợp gốm nâng cao. Trong này mô phỏng quy mô lớn MD công việc của nanocrystalline Al + Fe2O3 vật liệu tổng hợp đa chức năng, của Al tinh thể duy nhất, đơn tinh thể Fe2O3, và nhiều interfacial cấu hình của đơn tinh thể Al và Fe2O3 được thực hiện. Trong trường hợp của vật liệu tổng hợp gốm giáp Al2O3/TiB2, chúng tôi đã phát triển và sử dụng một phương pháp phần tử hữu hạn cố kết mới (CFEM) cho các đặc tính định lượng của động gãy xương.Sự đóng góp ở trên mạnh mẽ dựa trên một cách tiếp cận hợp tác multiscale tài liệu mô hình xử lý thiết kế thử nghiệm. Một cái nhìn về phương pháp tiếp cận tổng thể hợp tác nghiên cứu về mô hình, thiết kế và chế tạo điểm nổi bật cung cấp dưới đây.

Kết quả (Việt) 2:

Công việc nanocomposite gốm trong Multiphysics Lab tại Purdue tập trung vào (1) Hiểu biết hiệu suất của Carbide và Nitride Dựa Nhiệt độ cao Nanocomposites gốm cực môi trường được tìm thấy trong chu kỳ phát điện bao gồm cả ứng dụng hạt nhân, (2) multiscale Mô hình hóa và mô tả đặc tính trong Vật liệu gốm Oxide và ( 3) Tìm hiểu về dẫn nhiệt và tản nhiệt trong vật liệu để sản xuất điện nhiệt điện. Một mô tả về khu vực chính của sự quan tâm và đóng góp như sau: dẫn nhiệt Hiểu và vấn đề nhiệt để phát triển vật liệu với conductivity3-5 nhiệt thấp: Công trình này tập trung vào sự hiểu biết cơ chế theo thuyết nguyên tử hoạt động của nanocomposites cho thế hệ máy nhiệt điện như vậy mà vật liệu có thấp nhiệt dẫn điện có thể được phát triển. Mô phỏng phân tử rõ ràng sử dụng động học phân tử (MD) được thực hiện để hiểu làm thế nào thay đổi hình thái học có thể được sử dụng để làm giảm tính dẫn nhiệt trong nanocomposites. Chúng tôi đã tìm thấy một số sắp xếp phỏng sinh học mà có thể đạt được sự giảm đáng kể trong dẫn nhiệt. Chúng tôi đang trong quá trình xây dựng và thử nghiệm vật liệu như vậy. Hiểu Hiệu suất của Carbide và Nitride Dựa Nhiệt độ cao Nanocomposites gốm cực Environments Gồm hạt nhân Applications6-12: công trình nghiên cứu này tập trung vào việc tìm hiểu cơ chế của nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao hoạt động của nanocomposite gốm tiên tiến vật liệu có thể cho phép hoạt động nhà máy điện ở nhiệt độ vượt quá 1.750 K dẫn đến hiệu quả của gần 70% và giảm đáng kể phát thải nhà máy. Như một off-shoot, dự án này cũng tập trung vào tính chất nhiệt của các vật liệu này đối với nguyên liệu có thể sử dụng nhiệt độ cao đa chức năng, nhiệt độ cao vật liệu cấu trúc trong các ứng dụng hạt nhân hoặc các cảm biến nhiệt trong các ứng dụng hạt nhân. Multiscale Mô hình hóa và mô tả đặc tính trong Oxide Ceramic Materials13-18: Tập trung trong công việc này là để hiểu rõ về hành vi cơ nhiệt multiscale của vật liệu composite tiên tiến như đa chức năng composit nanocrystalline Al + Fe2O3 và có độ bền cao Al2O3 / TiB2 gốm composit giáp. Nghiên cứu này trên biến dạng theo thuyết nguyên tử phân tích của Al + Fe2O3 nanocomposites đa chức năng sử dụng MD là một trong những người đầu tiên trong lĩnh vực biến dạng theo thuyết nguyên tử phân tích của vật liệu nano composit gốm tiên tiến. Trong tác phẩm này mô phỏng quy mô lớn MD của nanocrystalline Al + Fe2O3 vật liệu tổng hợp đa chức năng, các tinh thể đơn Al, Fe2O3 của tinh thể duy nhất, và các cấu hình bề nhau của tinh thể đơn Al và Fe2O3 được thực hiện. Trong trường hợp của Al2O3 / TiB2 gốm composit giáp, chúng tôi đã phát triển và sử dụng một phương pháp phần tử hữu hạn gắn kết mới (CFEM) cho đặc điểm định lượng của gãy xương động. Sự đóng góp trên là mạnh mẽ dựa trên một multiscale phương pháp xử lý thiết kế-thực nghiệm mô hình vật chất hợp tác . Một ảnh chụp của cách tiếp cận hợp tác nghiên cứu tổng thể về mô hình, thiết kế, chế tạo và nổi bật được cung cấp dưới đây.