Учеными создан сверхтвердый металл
Сверхтвердая монета из золота.

Группа исследователей из Университета Брауна  нашла способ настраивать структуру металлических зерен снизу вверх. В статье, опубликованной в журнале Chem , исследователи демонстрируют метод разбивания отдельных металлических нанокластеров вместе с образованием твердых макро-кусков металла. Механические испытания металлов, изготовленных с использованием этого метода, показали, что они в четыре раза тверже, чем конструкции металла природного происхождения.

«Молоток и другие методы упрочнения – все это нисходящие способы изменения структуры зерна, и очень сложно контролировать размер зерна, который вы получите», — сказал Оу Чен, доцент кафедры химии Университета Брауна и автор нового исследования. «Что мы сделали, так это создали строительные блоки из наночастиц, которые сливаются вместе, когда вы их сжимаете. Таким образом, мы можем получить однородные размеры зерен, которые можно точно настроить для улучшения свойств».

Учеными создан сверхтвердый металл
Изображение: химическая лаборатория / Университет Брауна

Для этого исследования ученые сделали «монеты» сантиметрового масштаба, используя наночастицы золота, серебра, палладия и других металлов.

Изделия такого размера могут быть полезны для изготовления высококачественных материалов для покрытий, электродов или термоэлектрических генераторов (устройств, преобразующих тепловые потоки в электричество). Но исследователи считают, что этот процесс можно легко расширить, чтобы получить сверхтвердые металлические покрытия или более крупные промышленные компоненты.

По словам Оу Чен, автора исследования, ключом к этому процессу является химическая обработка строительных блоков наночастиц. Металлические наночастицы обычно покрыты органическими молекулами, называемыми лигандами, которые обычно предотвращают образование связей металл-металл между частицами. Чен и его команда нашли способ химически удалить эти лиганды, позволив кластерам слиться вместе с небольшим давлением.

Исследования показали, что металлические монеты, изготовленные с помощью этой техники, были значительно тверже обычного металла. Золотые монета из «твердого золота» например, были в два-четыре раза тверже и тяжелее обычных золотых монет. Но другие свойства, такие как электрическая проводимость и коэффициент отражения света, практически идентичны стандартному металлу.

При прессовании наночастиц в массивный металл произошло резкое изменение цвета.

«Из-за так называемого плазмонного эффекта наночастицы золота на самом деле имеют пурпурно-черный цвет», – сказал Чен. «Но когда мы оказали давление, мы видим, что эти пурпурные кластеры внезапно превращаются в ярко-золотой…».

Теоретически, говорит Чен, эту технику можно использовать для изготовления любого металла. Фактически, Чен и его команда показали, что они могут создавать экзотическую форму металла, известную как металлическое стекло. Металлические стекла аморфны, то есть в них отсутствует регулярно повторяющаяся кристаллическая структура обычных металлов. Это дает начало невероятным возможностям в технологиях практически любого производства.

Металлические стекла легче формуются, чем традиционные металлы, они могут быть намного прочнее и устойчивее к растрескиванию, а также проявлять сверхпроводимость при низких температурах.

«Изготовить металлическое стекло из одного компонента, как известно, сложно, поэтому большинство металлических стекол – это сплавы», – сказал Оу Чен. «Но мы смогли начать с аморфных наночастиц палладия и использовать нашу технику для изготовления палладиевого металлического стекла».

«Мы думаем, что здесь есть большой потенциал как для промышленности, так и для научно-исследовательского сообщества», – сказал Оу Чен, автор исследования.

Поделиться ссылкой:

Падтрымаць «Народную Волю»