Ani diament, ani grafen. Tytuł „najmocniejszego materiału świata” ma nowego właściciela
Roberta Ritchiego / Laboratorium w Berkeley
Obrazy mikroskopowe pokazują ścieżkę pęknięcia i deformację towarzyszącej mu struktury krystalicznej stopu CrCoNi w skali nanometrowej podczas próby rozciągania w temperaturze 20 kelwinów (-424 F). Złamanie rozprzestrzenia się od lewej do prawej.
Według naukowców stop chromu, kobaltu i niklu charakteryzuje się nie tylko niezwykłą wytrzymałością, ale także niezwykłą ciągliwością – zdolnością do ulegania odkształceniu plastycznemu bez pękania i pękania.
Zespół badaczy z Berkeley Lab i Oak Ridge National Laboratory zidentyfikował CrCoNistop chromu, kobaltu i niklu, jako najmocniejszy znany dotychczas materiał.
Odkrycie to, zaprezentowane w czasopiśmie Science, wyróżnia się wyjątkowymi właściwościami materiału, który łączy w sobie wyjątkową twardość z niezwykły plastyczność — zdolność materiału do odkształcenia plastycznego bez pękania i rozszczepiania.
Co więcej, Twoje zachowanie drastycznie się poprawia gdy podlega wyjątkowo niskie temperaturyco czyni go idealnym kandydatem do zastosowań w ekstremalnych środowiskach, takich jak eksploracja kosmosu.
CrCoNi należy do grupy ligi o wysokiej entropii (HEA)kategoria charakteryzująca się mieszanką pierwiastków w równych proporcjach, co nadaje materiałom szereg unikalnych właściwości.
Ta liga potrafi wytrzymują poważne odkształcenia bez pękaniaosiągając A twardość 500 megapaskali/m2 w temperaturach bliskich ciekłego helu (-253°C). Dla porównania, tradycyjnych materiałów, takich jak aluminium lub najlepsze stale osiągają jedynie 35 lub 100 megapaskali/m2odpowiednio.
Z badań wynika, że wewnętrzna struktura CrCoNi ulega ewolucji pod wpływem odkształceń, generując mechanizmy zwiększające jego odporność.
Właściwości te analizowano przy użyciu zaawansowanych technik, takich jak mikroskopia elektronowa i dyfrakcja neutronówco pozwoliło naukowcom zrozumieć zachowanie materiału w ekstremalnych warunkach.
„Projektując materiały konstrukcyjne, chcesz, aby były mocne, ale także plastyczne i odporne na pękanie” – wyjaśnia. Easo Georgebadacz w Oak Ridge National Laboratory i współautor badania, w jednym z laboratoriów.
O CrCoNi łączy te cechy w wyjątkowy sposóbco odróżnia go od tradycyjnych materiałów – dodaje badacz.
Odkrycie właściwości tego stopu może zmusić społeczność zajmującą się materiałoznawstwem ponownie rozważyć istniejące od dawna koncepcje o tym, jak cechy fizyczne wpływają na wydajność.
„To zabawne, ponieważ metalurdzy twierdzą, że struktura materiału określa jego właściwości, ale… struktura CrCoNi jest najprostsza możesz sobie wyobrazić – to tylko ziarna„, mówi z kolei Roberta Ritchiegoprofesor na Uniwersytecie Kalifornijskim i autor korespondencyjny badania.
„Jednakże, kiedy go odkształcamy, struktura staje się bardzo skomplikowana a ta zmiana pomaga wyjaśnić jego wyjątkową odporność na pękanie” – dodaje współautor Andrzej Minortakże badacz w Lawrence Berkeley National Laboratory i profesor na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley.
Nowy stop ma w przyszłości szerokie spektrum praktycznych zastosowań. Jednakże, Produkcja CrCoNi na dużą skalę stoi przed kilkoma wyzwaniami: Stop jest drogi i skomplikowany w produkcji, co utrudnia jego zastosowanie w codziennych zastosowaniach.
Mimo to naukowcy uważają, że może to mieć fundamentalne znaczenie w sektorach, które tego wymagają materiały odporne na ekstremalne warunkitakie jak niskie temperatury w głębokim kosmosie lub w niektórych środowiskach przemysłowych.
