Công việc bảo trì trong các nhà máy điện hạt nhân gây áp lực lớn đến thiết bị do điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt làm cho các linh kiện dễ bị hỏng. Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và một số đơn vị khác đã đưa ra một phương thức hoàn toàn mới cho phép sử dụng các thiết bị truyền động trong những môi trường cực nóng của lò phản ứng hạt nhân.
Hệ thống này phụ thuộc vào vật liệu oxit tương tự như vật liệu được sử dụng trong nhiều loại pin sạc hiện nay, trong đó, các ion di chuyển vào trong và ra khỏi vật liệu thông chu kỳ sạc và xả sạc. Cho dù các ion này là ion lithium trong trường hợp của pin lithium ion, hoặc các ion oxy trong trường hợp của vật liệu oxit, thì chuyển động ngược của chúng làm cho vật liệu nở ra và co lại.
Thao tác nở ra và co lại của vật liệu là yếu tố chính gây ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin hoặc pin nhiên liệu, do những thay đổi lặp đi lặp lại về thể tích có thể tạo ra các vết nứt, dẫn đến hiện tượng ngắn mạch hoặc giảm hiệu suất. Nhưng đối với các thiết bị truyền động ở nhiệt độ cao, những thay đổi về thể tích là kết quả mong đợi chứ không phải tác dụng phụ ngoài ý muốn.
Jessica Swallow, nghiên cứu sinh tại MIT và là đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: "Điều thú vị nhất về các vật liệu này là chúng hoạt động ở nhiệt độ trên 500oC". Nghĩa là các chuyển động uốn cong theo dự báo của vật liệu có thể được khai thác cho hoạt động bảo dưỡng rô bốt bên trong lò phản ứng hạt nhân hoặc các thiết bị truyền động trong động cơ phản lực hoặc động cơ của tàu vũ trụ.
Khi ghép vật liệu oxit với những vật liệu khác có kích thước không đổi có thể làm cho các thiết bị truyền động uốn cong khi oxit nở ra hoặc co lại. Hành động này tương tự như cách các dải lưỡng kim hoạt động trong bộ điều nhiệt, trong đó nhiệt làm cho kim loại nở ra hơn so với kim loại liên kết với nó, khiến cho dải liên kết uốn cong. Đối với các thí nghiệm này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng hợp chất PCO cho oxit xeri pha tạp praseodymium.
Các vật liệu thông dụng đã được dùng để tạo ra chuyển động bằng cách áp điện như các thiết bị áp điện và gần như không hoạt động tốt ở nhiệt độ cao. Do đó, hệ thống mới có thể mở ra kỷ nguyên mới của các cảm biến nhiệt độ cao và thiết bị truyền động. Ví dụ, sử dụng các thiết bị này để mở và đóng van trong môi trường siêu nóng.
Theo Van Vliet, phát hiện này có được là nhờ các kết quả của hệ thống đo lường cơ học dựa vào đầu dò có độ phân giải cao dùng trong điều kiện nhiệt độ cao mà nhóm nghiên cứu đã phát triển trong nhiều năm qua. Hệ thống này cung cấp các số đo chính xác về chuyển động của vật liệu liên quan trực tiếp đến nồng độ oxy, cho phép các nhà nghiên cứu đo lường chính xác cách oxy di chuyển vào và ra khỏi oxit kim loại.
Để tiến hành đo đạc, nhóm nghiên cứu đã đặt lớp oxit kim loại mỏng trên chất nền, sau đó sử dụng hệ thống phát hiện để xác định những dịch chuyển nhỏ trên phạm vi nanomet. Đây là những vật liệu đặc biệt vì chúng “hít thở” oxy và thay đổi về thể tích, khiến cho chất nền uốn cong.
Dù các nhà khoa học đã chứng minh quy trình này sử dụng loại hợp chất oxit đặc biệt, nhưng họ cho rằng các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng rộng rãi cho nhiều vật liệu oxit và thậm chí cả với các loại ion khác ngoài oxy, di chuyển vào trong và ra khỏi lớp oxit.
Nguồn: most.gov.vn