Создание сверхтвердых металлов с помощью наночастиц

erd_sol — 25.01.2021
Сверхтвердая золотая «монета», созданная с использованием нового производственного процесса © Chen Lab / Brown University
Исследователи из Университета Брауна разработали новый способ получения сверхтвердых металлов. Ученые сделали наночастицы “строительными блоками”, которые можно было сплавить вместе под умеренным давлением, благодаря химической обработке.

Прочностные характеристики металлов играют важную роль во многих областях их применения. Твердость материала показывает, насколько он может противостоять пластичной или упругой деформации при воздействии на него другим, более прочным материалом. В случае металлов твёрдость обычно определяется размером микроскопических зерен, которые его составляют – чем меньше зерно, тем тверже металл.

Обычно металл становится тверже с помощью макроскопических методов производства, таких как ковка, изгиб или скручивание. Но в новом исследовании команда исследователей начала “снизу вверх”, что привело к гораздо более твердым металлам.

“Ковка и другие методы упрочнения – это все нисходящие способы изменения структуры зерна, и при этом очень трудно контролировать размер зерна, который вы в конечном итоге получаете”, – говорит Оу Чен, автор исследования.

“То, что мы сделали, – создали строительные блоки наночастиц, которые сливаются вместе, когда вы сжимаете их. Таким образом, мы можем иметь однородные размеры зерен, которые могут быть точно настроены для улучшения свойств.”

Проблема, по словам ученых, заключается в том, что поверхность металлов обычно покрыта органическими молекулами, называемыми лигандами, которые могут препятствовать прочному связыванию металлических частиц. Исследователи разработали химическую обработку, которая может удалить эти лиганды, оставляя металлические наночастицы свободными для более легкого слияния друг с другом в процессе спекания под давлением.

Используя этот метод, исследователи сделали “монеты” из наночастиц различных металлов, таких как золото, серебро и палладий. В испытаниях они оказались намного твёрже, чем обычно, а золотые монеты стали твёрже в четыре раза . Другие физические свойства, такие как электропроводность, светоотражение, остались у новых материалов почти такими же, как у обычных.

В другом тесте исследователи создали металлическое стекло, используя свою новую технику. Как и стекла, с которыми мы все знакомы, эти материалы имеют аморфные кристаллические структуры, что облегчает их формование и делают их потенциально более прочными, чем обычные металлы.

“Изготовление металлического стекла из одного компонента трудный процесс, поэтому большинство металлических стекол являются сплавами”, – говорит Оу Чен. “Но мы смогли начать с аморфных наночастиц палладия и использовать нашу технику, чтобы сделать палладиевое металлическое стекло.”

Исследователи считают, что этот процесс может быть использован для изготовления сверхтвердых покрытий, электродов или других металлических компонентов. По мнению команды, масштабирование до более крупных объектов (более крупных промышленных деталей) также должно быть относительно простым, поскольку современное промышленное оборудование позволяет обеспечить необходимое для данного технологического процесса давление.

Источник:
https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(20)30658-6?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2451929420306586%3Fshowall%3Dtrue
https://ab-news.ru/2021/01/25/uchenye-sozdali-sverhtverdye-metally-s-pomoshhyu-nanochasticz/

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив