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難以置信，但一粒沙子——或者更確切地說，數百萬粒高速運動的沙子——會對飛機和工業燃氣渦輪發動機產生破壞性影響。這些顆粒會侵蝕氧化鋯陶瓷隔熱塗層，這種塗層可以隔離和保護髮動機部件免受極端高溫的影響。為了保護這些塗層並確保渦輪發動機繼續正常執行，俄亥俄州立大學的一個工程師團隊正在測試一種新型的氧化鋯配方，更常被稱為氧化鋯。
氧化鋯在科學界之外已聲名狼藉（因為其化學近親是仿製鑽石界著名的立方氧化鋯），幾十年來一直被用於製造渦輪機的陶瓷塗層，因為它具有高度絕緣性。這使得噴氣發動機能夠在高溫下執行——數千華氏度。缺點是：在這些更高的溫度下，吸入渦輪機的沙子和其他顆粒會粘附在陶瓷上，變成熔融玻璃，並侵蝕保護塗層，俄亥俄州立大學材料科學與工程教授 Nitin Padture 說，這種塗層厚約 250 微米（0.01 英寸）。
發動機冷卻後，玻璃會在陶瓷表面凝固成堅硬的釉。當發動機再次升溫並且金屬葉片膨脹時，陶瓷塗層無法膨脹，因為釉已經將其鎖定到位。因此陶瓷會脫落，縮短髮動機葉片的使用壽命。
Padture 和他的團隊在最近一期的《Acta Materialia》雜誌中報告說，解決方案是一種新的塗層方法，該方法改變了氧化鋯的成分，使熔融玻璃無法穿透並損壞渦輪機。“我們的創新是透過在氧化鋯晶體中新增鋁和鈦來製造塗層的新方法，”研究隔熱塗層十多年的 Padture 說。鋁和鈦將熔融玻璃變成穩定的晶體，不會對下面的陶瓷表面構成危險。
“下一步是看看我們是否真的可以將這種塗層沉積在形狀複雜的渦輪葉片上，”他說。帕杜爾開始其研究的康涅狄格大學已為其氧化鋯強化方法申請了專利，他計劃與康涅狄格州法明頓市的奈米技術公司 Inframat Corporation 合作，進一步開發這項技術。如果他們改進後的氧化鋯技術獲得成功，航空業和軍方將能夠設計出執行溫度更高、從而更有效地燃燒燃料並減少汙染的發動機。