Vedci vytvorili najtvrdší materiál, aký by ste na Zemi našli
Vedci z laboratória Berkeley vyrobili druh zliatiny, ktorá je najpevnejším materiálom na Zemi.
Zliatina chrómu, kobaltu a niklu je mimoriadne tvárna a neuveriteľne silná. Vedci pri jej skúmaní zistili, že tieto pozoruhodné vlastnosti sa s nižšou teplotou ešte viac zlepšujú. Aby toho nebolo málo, veci z laboratória Berkeley zistili, že pevnosť tohto kovu je najvyššia, akú kedy zaznamenali.
Ako autori práce vysvetľujú, pri navrhovaní štrukturálnych materiálov hľadajú niekoľko hlavných vlastnosti. Ideálny materiál by mal byť silný, no zároveň pevný a odolný voči prasknutiu. Vo väčšine prípadov si však musia vybrať a hľadať čo najideálnejší kompromis.
„Vo väčšine prípadov je to o uprednostnení jednej či druhej vlastnosti. Tento nový materiál je však dobrým vo všetkých smeroch a čo je lepšie, pri nízkych teplotách sa nestáva krehkým,“ vysvetľuje Easo George, jeden z vedúcich projektu.
Zliatina chrómu, kobaltu a niklu, označovaná aj ako CrCoNi, podľa značiek prvkov, sa radí do takzvaných zliatin s vysokou entropiou. Ako vysvetľujú vedci z laboratória, väčšina dnešných zliatin sa skladá prevažne z jedného prvku, pričom druhý sa pridáva v menšom množstve. Tieto špeciálne druhy zliatin sa však skladajú z rovnakého pomeru všetkých prvkov. Sú to vyvážené „recepty“, ktoré môžu materiálom dať naozaj výnimočné vlastnosti. Kombinácia sily materiálu a jeho tvárnosti sa jedným slovom označuje ako pevnosť, ktoré je v prípade CrCoNi neobyčajne vysoká.
Po prvýkrát výskumníci objavili zliatiny s vysokou entropiou pred približne 20 rokmi. Odvtedy sú tieto materiály témou intenzívneho výskumu. V danej dobe však neexistovala technológia, ktorá by ich dokázala potlačiť až na ich hranice.
„Pri teplotách -250 °C sme zaznamenali pevnosť materiálu 500 megapascalov na meter štvorcový. Pre porovnanie, najlepšia oceľ má pevnosť len okolo 100 megapascalov,“ porovnáva Robert Ritchie, ktorý sa na experimente podieľal.
Ako vznikajú jedinečné vlastnosti zliatiny CrCoNi?
Vedci priznávajú, že je to neuveriteľné číslo. Autori tohto výskumu začali so zliatinou CrCoNi experimentovať pred približne desiatimi rokmi. Popri tom skúmali aj ďalšiu zliatinu, ktorá navyše obsahuje aj železo a mangán, CrMnFeCoNi. Dlho však trvalo kým našli podmienky, ktoré by im umožnili otestovať zliatinu pri extrémne nízkych teplotách.
Neprehliadnite
„Naša práca môže zmeniť spôsob, akým uvažujeme o vlastnostiach kovov. Metalurgovia tvrdia, že štruktúra materiálu určuje jeho vlastnosti, no CrCoNi má najjednoduchšiu štruktúru, akú si viete predstaviť, sú to len zrniečka. Ak však materiál deformujete, stane sa veľmi komplikovaným a tým získava aj odolnosť voči poškodeniu,“ vysvetľuje Ritchie.
Pevnosť materiálu zabezpečuje niekoľko sekvencií atómových interakcií. Dislokácia spôsobuje že sa kryštálová štruktúra odsunie od oblastí, ktoré sú na rovnobežných rovinách. Tento pohyb premiestni skupinu buniek a vytvorí akúsi prekážku. Ďalšia sila vplývajúca na zliatinu vytvorí fenomén, ktorý donúti mriežky častíc vytvoriť symetriu s medzerou medzi nimi. Nakoniec sa zmení usporiadanie samotných častíc.
Ako vysvetľujú autori štúdie, najprv sa odohrá jedna interakcia, potom druhá a tak ďalej. Práve táto sekvencia udalostí môže za to, že má zliatina tak mimoriadne vlastnosti.
V rámci nového výskumu vedci pochopili lepšie nielen zliatinu CrCoNi, ale aj zliatiny s vysokou entropiou. Vďaka tomuto pokroku sa tieto typy zliatin posunuli o krok bližšie k praktickým aplikáciám. Materiály s týmito špeciálnymi vlastnosťami sú stále pomerne nákladné na výrobu. Autori však predpokladajú, že by svoje využitie mohli nájsť napríklad vo vesmíre, kde by nízke teploty dokázali zničiť štandardné zliatiny. Napriek tomu vedci hľadajú spôsob, ako ich vyrobiť lacnejšie z dostupnejších materiálov.
Komentáre