Certaines des technologies les plus cool de l'Université de Clemson sont utilisées par les scientifiques et les ingénieurs des matériaux

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Les étudiants connaissent généralement la plupart des majeures avant même de suivre le premier cours, mais la science et l'ingénierie des matériaux laissent certains se demander ce que cela implique exactement. C'est relativement simple. Les scientifiques et ingénieurs des matériaux sont les héros méconnus qui conçoivent, développent et produisent des matériaux d'ingénierie qui touchent pratiquement tous les aspects du monde moderne.

Pour paraphraser une publicité télévisée des années 1990, les scientifiques et ingénieurs des matériaux ne fabriquent pas les produits que vous achetez, mais ils améliorent les produits que vous achetez. Leurs innovations vont de la fibre optique pour lasers aux plastiques et composites qui guérissent leurs propres rayures. C'est une excellente discipline pour les étudiants intéressés par la recherche car les scientifiques et ingénieurs des matériaux utilisent certaines des installations et technologies les plus intéressantes du campus. Aujourd'hui, nous ouvrons les portes du laboratoire pour vous donner cinq exemples qui vous aideront à compléter votre compréhension de la majeure et à montrer certaines de ses opportunités :Complexe d'innovation des matériaux avancés : L'Université Clemson inaugurera bientôt un centre de recherche et d'enseignement de classe mondiale qui servira de base aux membres du corps professoral du Département de science et génie des matériaux et aux laboratoires qu'ils utilisent. Le bâtiment de 143 000 pieds carrés sera l'installation la plus technologiquement avancée de l'Université. Il comprendra des laboratoires de recherche et d'enseignement de pointe, des salles de classe synergiques et des espaces collaboratifs pour l'exploration et la conversation en dehors du laboratoire et de la salle de classe. Tous les étudiants du complexe mèneront des recherches, les aidant à se préparer à devenir de futurs leaders, innovateurs et entrepreneurs dans les matériaux de pointe, une discipline qui devrait transformer la fabrication de pointe, l'énergie et l'innovation en santé. L'Advanced Materials Innovation Complex est sur le point d'ouvrir en 2025, ce qui signifie que les étudiants qui s'inscrivent maintenant seront probablement parmi les premiers à l'utiliser.

Pas un chauffe-eau : Cela peut ressembler à un chauffe-eau surdimensionné, mais ce qui se passe à l'intérieur du calorimètre de solution fondue à haute température aide la Caroline du Sud à jouer un rôle de premier plan dans la recherche qui garantit que les déchets nucléaires sont stockés en toute sécurité pour les générations à venir. L'instrument sur mesure mesure le flux de chaleur dans divers matériaux et est si sensible qu'il peut détecter la respiration de quelqu'un, même lorsqu'elle vient juste de l'extérieur de la pièce. Les plafonds d'un laboratoire ont dû être surélevés et une plate-forme a été construite pour accueillir le calorimètre. Plusieurs chercheurs utilisent le calorimètre pour répondre à certaines des questions les plus complexes du pays sur la gestion des déchets nucléaires ainsi que pour concevoir de nouveaux matériaux pour la conversion et le stockage de l'énergie, y compris les batteries, les piles à combustible et la thermoélectricité. Les données générées par le calorimètre aident la nation faire progresser l'énergie propre, un problème critique en Caroline du Sud, où quatre centrales nucléaires ont fourni plus de la moitié de l'électricité de l'État l'an dernier, selon l'US Energy Information Administration. Kyle Brinkman, président du Département des sciences et de l'ingénierie des matériaux, a joué un rôle clé en apportant le calorimètre à Clemson.Création de matériaux auto-cicatrisants : Marek Urban et son équipe utilisent une technologie dans laquelle il a joué un rôle de premier plan : l'imagerie chimique de surface haute fidélité. La technique permet à l'équipe de mesurer les processus moléculaires responsables de la dynamique des macromolécules.

L'une de ses utilisations est dans la création de matériaux qui peuvent se guérir comme la peau. Urban, la chaire dotée de la Fondation JE Sirrine en matériaux avancés à base de fibres polymères, est un pionnier et un leader dans le domaine.Urban développe des matériaux auto-cicatrisants depuis plus d'une décennie et a envisagé des applications allant de la peinture qui répare ses propres rayures aux véhicules militaires qui colmatent leurs propres trous de balle aux jouets pour animaux de compagnie auto-réparables. Dans un projet plus récent, Urban et son équipe ont développé un tuyau autoréparable pour distribuer de l'hydrogène dans le cadre des efforts du pays pour diversifier son approvisionnement en carburant.Avancées dans le recyclage du plastique : Igor Luzinov, le professeur émérite de Kentwool, utilise un broyeur à boulets dans la recherche qui pourrait conduire à une nouvelle façon de recycler le polystyrène, un plastique largement utilisé qui apparaît dans des produits allant des contenants alimentaires jetables aux matériaux d'emballage en mousse. Pour recycler le polystyrène, le les liens qui le maintiennent doivent être rompus. Une façon consiste à chauffer le polystyrène à plus de 300 degrés Celsius, mais cela consomme beaucoup d'énergie et coûte trop cher à faire à grande échelle. L'équipe de recherche, qui comprenait plusieurs chercheurs du laboratoire Ames, a plutôt placé du polystyrène commercial dans un broyeur à boulets. Lorsque l'appareil est allumé, il tremble et de petites billes de métal à l'intérieur s'écrasent contre les morceaux de polystyrène, facilitant les transformations chimiques. L'équipe a découvert que le broyage à billes brisait les chaînes moléculaires - appelées polymères - en chaînes 10 à 20 fois plus courtes. En raccourcissant les chaînes, le polystyrène serait moins visqueux à la fusion et donc plus facile à recycler.

Plus surprenant, cependant, l'équipe a découvert que le broyage à billes produisait également des molécules uniques appelées monomères. La capacité de décomposer le polystyrène en monomères pourrait s'avérer essentielle pour séparer le polystyrène des impuretés, telles que les divers additifs couramment inclus lors de sa fabrication. Cela signifierait que le polystyrène recyclé pourrait être utilisé pour une grande variété d'applications, y compris des utilisations alimentaires et médicales.

Combiner l'impression 3D et les lasers: Un appareil de Clemson combine l'impression 3D et les lasers dans une technique connue sous le nom de fabrication additive/soustractive intégrée sélective au laser, ou (L-IASM).

Dans un projet, les chercheurs utilisent la technique pour faire progresser la technologie des turbines à hydrogène, une source potentielle d'énergie propre du futur.

Un avantage que les turbines à hydrogène auraient par rapport à d'autres sources d'énergie propre, telles que les éoliennes et les panneaux solaires, est que l'hydrogène peut être brûlé à volonté pour produire de l'électricité sans avoir à se soucier des changements météorologiques.

L'un des principaux défis liés à l'adoption de turbines à hydrogène est la protection des aubes de turbine contre la chaleur et la vapeur à grande vitesse. Une solution possible à l'étude à Clemson serait de recouvrir les aubes de turbine d'une boue spéciale et d'utiliser un laser pour la fritter un point à la fois, créant ainsi un revêtement protecteur. Les chercheurs de Clemson utilisent L-IASM pour créer des échantillons de divers matériaux qui pourraient être analysés pour déterminer leur adéquation en tant que revêtement.

Dans un autre projet en collaboration avec le laboratoire de recherche de l'armée, les chercheurs de Clemson utilisent l'installation d'impression 3D pour explorer la création de nouveaux composites céramiques capables d'arrêter des projectiles à très grande vitesse ou de diriger des objets volants à une vitesse hypersonique.

Dans un autre projet encore, les chercheurs utilisent le laser pour fabriquer des piles de piles à combustible, des électrolyseurs et des batteries. Grâce à l'impression 3D au laser, les chercheurs peuvent contrôler avec précision la température de traitement à l'échelle du micromètre. Cette capacité unique permet aux chercheurs de construire en continu des piles de dispositifs énergétiques, ce qui donne des dispositifs compacts à haute densité d'énergie.

Une équipe multidisciplinaire est responsable du développement du L-IASM, comprenant : Fei Peng, professeur agrégé de science et ingénierie des matériaux ; Jianhua "Joshua" Tong, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux ; Hai Xiao, président du département de génie électrique et informatique de Holcombe ; Jane Zhao, professeure agrégée de Stanzione en génie mécanique; Brinkmann ; Rajendra Bordia, titulaire de la chaire dotée George J. Bishop, III de science et génie des matériaux; et Shunyu Liu, professeur adjoint d'ingénierie automobile.

Lasers puissants : Clemson, les professeurs et les étudiants créent une grande variété de lasers expérimentaux de haute puissance. Certains sont conçus pour effectuer des coupes de précision ou percer les plus petits trous, tandis que d'autres rendent les choses plus froides contre toute attente. La fibre optique est un élément clé de nombreux systèmes laser, et Clemson possède certaines des installations les plus uniques au monde pour créer une fibre optique de qualité industrielle dans son usine d'Anderson, en Caroline du Sud. Ils comprennent un tour de dépôt chimique en phase vapeur modifié et une tour d'étirage à deux étages. Clemson compte également certains des meilleurs professeurs au monde dans le domaine, notamment John Ballato, titulaire de la chaire de fibre optique JE Sirrine au Département de science et génie des matériaux de Clemson, avec des nominations conjointes en génie électrique et en physique.Un examen plus approfondi avec des microscopes : Les scientifiques et ingénieurs des matériaux de Clemson utilisent certains des microscopes les plus uniques et les plus puissants au monde. L'un d'eux s'appelle un microscope confocal Raman.

Le microscope permet aux chercheurs d'examiner les matériaux céramiques avec la technique de la spectroscopie Raman. Cela seul n'est pas si rare, mais il est moins courant d'utiliser la technique avec une combinaison de températures élevées et d'atmosphère contrôlée. Ce microscope a cette capacité, chauffant des matériaux jusqu'à 1 500 degrés Celsius. Les membres du corps professoral et leurs étudiants utilisent le microscope dans une variété de projets d'énergie nucléaire, en particulier ceux axés sur le gainage du combustible nucléaire, l'immobilisation des déchets nucléaires et les dommages causés par les radiations. Ils évaluent, par exemple, de nouveaux types de mélanges de sels fondus utilisés dans les réacteurs nucléaires à sels fondus. Luiz Jacobsohn, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux, a joué un rôle déterminant dans l'obtention du financement qui a amené le microscope à Clemson.

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