Tien middelbare schoolleraren brachten in juli een week door aan het MIT om Frankensteel te ontwerpen en te maken, een zelfherstellend materiaal geïnspireerd op de schurk in de Terminator 2-film. De volgende stap:ze willen de berekeningen en experimenten opnieuw maken voor hun studenten thuis.

"Dit was een fenomenale ervaring voor mij, en inspirerend in termen van 'veel coole mogelijke carrières/studierichtingen' voor studenten", schreef een leraar in antwoord op een anonieme enquête aan het einde van de week.

Introductie van materiaaltechnologie

Ongeveer twintig jaar geleden begon 's werelds grootste materiaalvereniging, ASM International, met het houden van jaarlijkse materiaalkampen om middelbare scholieren - en een paar jaar later hun leraren - kennis te laten maken met de wereld van materiaalwetenschap en techniek. Dat deden ze deels omdat 'middelbare scholieren een basiskennis leken te hebben van elk gebied van techniek, behalve materialen', zegt Gregory B. Olson, die al vele jaren bij de kampen betrokken is.

Olson, die onlangs bij MIT's Department of Materials Science and Engineering (DMSE) kwam werken als Thermo-Calc Professor of the Practice, leidde het recente Materials Genome Camp aan het MIT. Dit is de eerste keer dat een dergelijk kamp wordt gehouden in het Instituut.

Tijdens het kamp maakten leraren kennis met het Materials Genome Initiative (MGI), dat president Obama in 2011 aankondigde. Zoals Olson uitlegt, is het een poging om een ​​"fundamentele database te creëren van de parameters die de assemblage van de structuren van materialen sturen, " net als het Human Genome Project "is een fysieke database die de assemblage van de structuren van het leven leidt."

Volgens de MGI-website is het doel om de database te gebruiken om geavanceerde materialen twee keer zo snel en tegen een fractie van de kosten te ontwerpen, te produceren en in te zetten tegen een fractie van de kosten in vergelijking met traditionele methoden. Het MGI "erkende dat het soort computationeel materiaalontwerp dat we hebben geoefend echt en klaar is, en dat dit is wat iedereen zou moeten doen", zegt Olson, die mede-oprichter was van het eerste centrum dat werd opgericht om de inspanning een vliegende start te geven. gefinancierd door het National Institute of Standards and Technology als het multi-institutionele "CHiMaD" centrum voor hiërarchisch materiaalontwerp.

Frankenstaal maken

De docenten van het MIT werkten met Thermo-Calc, rekensoftware die wordt gebruikt om materiaalstructuren te voorspellen (iedereen ging naar huis met een gratis exemplaar). Ze gebruikten het om vier verschillende versies van Frankensteel te ontwerpen, het materiaal dat is geïnspireerd op de schurk in Terminator 2 wiens metalen behuizing tegen een stootje kan en zichzelf vervolgens kan repareren. "We wilden ons concentreren op iets dat studenten echt enthousiast zou maken", zegt Olson, wiens voortdurende CHiMaD-onderzoek wordt ondersteund door het MIT Materials Research Laboratory.

Frankensteel is samengesteld uit een metaallegering ondersteund door een netwerk van draden gemaakt van een vormgeheugenlegering (materialen die een omkeerbare verandering in structuur ondergaan bij blootstelling aan hitte). Als het composietmateriaal scheurt, kan het zichzelf "genezen" bij verhitting tot een bepaalde temperatuur. "Het soldeert zichzelf in wezen bij die temperatuur", zegt Olson.

Voor het kamp ontwierpen de leraren eerst vier versies van een tinlegering in plaats van de ijzerlegering die in commerciële Frankensteels wordt gebruikt. "Het is een vereenvoudigde versie die kan worden gemaakt in een scheikundelaboratorium op de middelbare school", zegt Olson. Ze berekenden ook hoeveel draden er nodig zijn in elke composiet.

Daarna maakten en testten ze de materialen.

Het hele proces kan worden gedaan in een chemisch laboratorium op een middelbare school, zegt Olson, met uitzondering van de laatste test. "Het testen is de grootste uitdaging bij het verplaatsen van [de demonstratie] naar de scholen" vanwege de betrokken apparatuur. Olson merkt echter op dat scholen soms kunnen samenwerken met lokale universiteiten om hun apparatuur te gebruiken. "We blijven andere manieren onderzoeken waarop de leraren de tests kunnen uitvoeren", zegt Olson. "Een van de faculteiten die al heel lang bij deze kampen betrokken is, heeft zelfs een op hout gebaseerde trekbank bedacht die je zelf kunt bouwen en bedienen door aan een zwengel te draaien."

Materials Camp omvatte ook verschillende gastcolleges, waaronder een door professor Christopher Schuh, de Danae en Vasilis Salapatas hoogleraar metallurgie en een voormalig hoofd van DMSE. Verschillende andere MIT-mensen waren ook betrokken bij Materials Camp. Technical Instructors Shaymus Hudson and Mike Tarkanian shared their laboratories and instructed the teachers in casting and testing their samples. DMSE graduates students Krista Biggs, Clay Houser, and Julian Rackwitz, and Research Associate Dr. Margianna Tzini, helped coordinate the overall week.

Concludes Biggs:"We had an enthusiastic, curious group of teachers working on an interesting project, and it was a very fulfilling week." + Verder verkennen

Research team develops new strategy for designing thermoelectric materials