با تلاش دانشمندان؛

ابرفلزات مقاوم با کمک نانوذرات تولید می‌شوند / هرچه ریزتر، محکم‌تر

بیشتر فلزات اطراف ما مانند سکه، ظروف نقره، تیر‌های فولادی از دانه‌های فلزی ریز تشکیل شده‌اند که دانشمندان معتقدند هر چه این دانه‌ها ریزتر باشند، فلزات محکم‌تر می‌شوند.

کد خبر: ۸۳۸۴۶۳

دوشنبه - ۱۸ فروردين ۱۳۹۹ / April 06, 2020

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، با مشاهده فلزات زیر میکروسکوپ به راحتی می‌توانید کریستال‌های درهم‌تنیده را ببینید که یک میز گرانیتی را تشکیل می‌دهند. دانشمندان علم مواد باور دارند که هر چه اندازه دانه‌هایی که فلزات را تشکیل می‌دهند، تا یک اندازه مشخصی کوچکتر شود، فلزات محکمتر می‌شوند. پیش از این تصور می‌شد اگر قطر این دانه‌ها از ۱۰ نانومتر کمتر باشد، مواد ضعیف‌تر هستند و برای استحکام فلزات محدودهای مشخص کرده بودند.

اما آزمایش‌هایی که محققان دانشگاه پرینکتون با همکاری مرکز تحقیقات پیشرفته فناوری و علم فشار بالا در شانگ‌های چین انجام داده‌اند، نشان می‌دهد که این محدوده همیشه مطرح نیست. به عنوان مثال، در نمونه‌هایی از فلز نیکل با قطر ذراتی کمتر از سه نانومتر و تحت فشار بالا، مقاومت فلز بالاتر می‌رود و هر چه این اندازه کمتر باشد، مقاومت فلز هم بیشتر می‌شود.

محققان در این آزمایش‌ها به درک تازه‌ای از چگونگی تعامل اتم‌های دانه‌های فلز با یکدیگر رسیده‌اند و همینطور راهی پیدا کرده‌اند تا فلزات محکمتری تولید کنند. در قدیم اعتقاد بر این بود که قدرتمندترین دانه‌های فلزی باید بین ۱۰ تا ۱۵ نانومتر قطر داشته باشند، اما حالا قضیه کمی فرق کرده و محققان با درکی بهتر به این نتیجه رسیده‌اند که با دانه‌هایی با قطر کمتر از ۱۰ نانومتر هم می‌توان فلزات قدرتمند و محکم ساخت.

اندازه دانه بیشتر اشیای فلزی چند صد میکرومتر و حدودا به اندازه قطر موی انسان است. مطالعات قبلی رابطه‌ای را بین مقاومت فلزات و اندازه دانه‌های آن‌ها کشف کرده بودند که به «رابطه هال پچ» شناخته می‌شد. طبق این رابطه، مقاومت فلز با کاهش اندازه دانه آن یعنی بین محدوده ۱۰ تا ۱۵ نانومتری بیشتر می‌شد. اندازه دانه‌های کمتر از این مقدار آنقدر مستحکم نبودند؛ بنابراین برای بالا بردن مقاومت آنها، متخصصان هدفشان را روی اندازه دانه‌های کوچکتر گذاشتند.

اصلاح اندازه دانه فلزات راه مؤثری در بالا بردن مقاومت فلزات به شمار می‌رود و این کار در گذشته پیدا کردن روش اصلاح دانه‌ها بسیار طاقت‌فرسا بود. سطح دانه فلزات نسبت به سطح داخلی، ساختار اتمی متفاوتی دارد. تا زمانی که دانه‌ها در کنار هم باشند، فلز استحکام خودش را حفظ می‌کند، اما محققان تصور می‌کردند که این دانه‌ها در اندازه کوچک وقتی تحت فشار قرار می‌گیرند، یکدیگر را دفع کرده و مقاومت فلز کاهش می‌یابد.

اما محققان در مطالعات جدید به روشی دست پیدا کردهاند که مقاومت مواد را در مقیاس نانو اندازهگیری میکند؛ روشی که پیش از این وجود نداشت. در واقع، آن‌ها با مهندسی سطح مواد، لغزیدن دانه‌ها بر اثر فشار را کاهش داده و مقاومت آن‌ها را بالا برده‌اند.