Nauja technika sukuria ypač kietus metalus, suskaidydami mažas nanodaleles

Ši „auksinė moneta“ buvo pagaminta naudojant nanodalelių blokus dėl naujos technikos, kurią sukūrė Browno universiteto mokslininkai. Tokiu būdu gaminant supakuotus metalus, metalas gali turėti tikslią mikrostruktūrą, o tai savo ruožtu pagerina jo mechanines savybes. Kreditas: Chen Lab / Browno universitetas

Browno universiteto mokslininkai parodė, kaip pagaminti birius metalus, suskaidant mažas metalines nanodaleles, o tai leidžia pagerinti grūdų struktūrą ir pagerinti mechanines bei kitas savybes.

Metalurgai turi įvairiausių būdų, kaip padaryti metalo gabalą kietesnį. Jie gali sulenkti, susukti, riedėti tarp dviejų volų arba įtrūkti plaktuku. Šie metodai veikia suskaidydami metalo grūdelių struktūrą, mikroskopinius kristalinius domenus, kurie sudaro didelę metalo dalį. Iš mažesnių grūdų susidaro kietesni metalai.

Dabar Browno universiteto tyrėjų komanda rado būdą pritaikyti metalines grūdelių konstrukcijas iš apačios į viršų. Žurnale paskelbtame darbe Chem, mokslininkai parodo metalo nanoklasterių suskaidymo metodą, kad susidarytų kieti makrolygio kietojo metalo gabalai. Mechaninis metalų, pagamintų naudojant šią techniką, bandymas parodė, kad jie yra keturis kartus sunkesni nei esamos metalinės konstrukcijos.

“Plaktukas ir kiti grūdinimo metodai yra būdai pakeisti iš viršaus į apačią grūdų struktūrą, ir labai sunku kontroliuoti grūdų dydį, kurį baigiate”, – sakė Ou Chenas, Browno chemijos docentas ir naujų tyrimų autorius . . “Tai, ką mes padarėme, yra sukurti nanodalelių statybinius blokus, kurie susilieja, kai juos priveržiate. Tokiu būdu mes galime turėti vienodus grūdelių dydžius, kuriuos galima tiksliau sureguliuoti, kad būtų pagerintos savybės.”

Metalinis tūris nanodalelių statybinėms medžiagoms

Browno universiteto mokslininkai parodė, kaip metalai supakuojami iš nanodalelių blokų. Norėdami gauti naują tyrimą, komanda pagamino „monetas“ su nanodalelėmis iš aukso, sidabro, paladžio ir kitų metalų. Kreditas: Cheno laboratorija / Browno universitetas

Šiam tyrimui mokslininkai pagamino centimetro ilgio „monetas“, naudodami nanodaleles iš aukso, sidabro, paladžio ir kitų metalų. Tokio dydžio daiktai gali būti naudingi gaminant didelio našumo dangų medžiagas, elektrodus ar termoelektrinius generatorius (prietaisus, kurie šilumos srautus paverčia elektra). Tyrėjai mano, kad procesą galima lengvai padidinti, norint gauti kietųjų metalų dangas arba didesnius pramoninius komponentus.

Cheno teigimu, šio proceso raktas yra cheminis apdorojimas nanodalelių blokams. Metalo nanodalelės paprastai yra padengtos organinėmis molekulėmis, vadinamomis ligandais, kurie paprastai užkerta kelią metalų ir metalų ryšių susidarymui tarp dalelių. Chenas ir jo komanda rado būdą, kaip chemiškai pašalinti šiuos ligandus, leidžiant klasteriams susijungti šiek tiek spaudžiant.

Tyrimai parodė, kad metalinės monetos, pagamintos naudojant šią techniką, buvo žymiai kietesnės nei standartinės metalinės. Pavyzdžiui, auksinės monetos buvo 2-3 kartus sunkesnės nei įprastai. Tyrėjai nustatė, kad kitos savybės, tokios kaip elektros laidumas ir šviesos atspindėjimas, buvo beveik identiškos standartiniams metalams.

Auksinių monetų optinės savybės buvo patrauklios, sako Chenas, kai nanodalelės virto metaliniu metalu, įvyko dramatiškas spalvos pasikeitimas.

“Dėl vadinamojo plazmoninio efekto auksinės nanodalelės yra juodai violetinės”, – sakė Chenas. “Bet kai darome spaudimą, matome, kad ši labiau violetinė komanda staiga nusidažo ryškiai auksine spalva. Tai vienas iš būdų, kai žinojome, kad formuojame auksinę masę.”

Teoriškai, pasak Cheno, technika gali būti naudojama gaminant bet kokio tipo metalą. Iš tikrųjų Chenas ir jo komanda parodė, kad egzotišką metalo formą jie žino kaip metalinį stiklą. Beta metalai yra amorfiški, tai yra tie, kurie reguliariai nekartoja normalių metalų kristalinės struktūros. Tai sukuria reikšmingas savybes. Beta metalai yra lengviau formuojami nei tradiciniai metalai, jie gali būti daug stipresni ir atsparūs įtrūkimams, esant žemai temperatūrai, gali būti superlaidūs.

“Labai sunku pagaminti metalinį stiklą iš vieno komponento, todėl dauguma metalinių stiklų yra lydiniai”, – sakė Chenas. “Bet mes pradėjome nuo amorfinių paladžio nanodalelių ir savo technika naudojome metalinį paladžio stiklą”.

Chenas sako tikintis, kad vieną dieną ši technika bus plačiai naudojama komerciniams produktams. Cheminis apdorojimas, naudojamas nanoklusteriuose, yra gana paprastas, o slėgis, naudojamas juos sugriežtinti, yra standartinėje pramoninėje įrangoje. Chenas užpatentavo šią techniką ir tikisi toliau mokytis.

“Mes tikime, kad čia yra didelis potencialas tiek pramonei, tiek mokslinių tyrimų bendruomenei”, – sakė Chenas.

Nuoroda: „Nanomedžiagų grūdų ribinės medžiagos iš nanokristalų“ Yasutaka Nagaoka, Masayuki Suda, Insun Yoon, Na Chen, Hanjun Yang, Yuzi Liu, Brendan A. Anzures, Stephen W. Parman, Zhongwu Wang, Michael Grünwald, Hiroshi M. Yamamoto ir Ou Čenas, 2021 m. Sausio 22 d., Chem.
DOI: 10.1016 / j.chempr.2020.12.026

Cheno kolegos buvo Yasutaka Nagaoka, Masayuki Suda, Insun Yoon, Na Chen, Hanjun Yang, Yuzi Liu, Brendan A. Anzures, Stephen W. Parman, Zhongwu Wang, Michael Grünwald ir Hiroshi M. Yamamoto. Tyrimą rėmė Nacionalinis mokslo fondas (CMMI-1934314, DMR-1332208, DMR-1848499) ir JAV Energetikos departamentas (DE-AC02-06CH11357).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Lauko tyrimai rodo, kad ledas gali kainuoti vėjo jėgaines iki 80% elektros energijos

Mokslininkai nusprendė ištirti šio baldakimu vėjo malūno ledą Kinijos rytuose. Paskola Hui Hui / Ajovos valstybinio universiteto nuotr Tyrėjai...

Pristatome 260 milijonų metų žmogžudystę

Anteozauro reinkarnacija užpuola žolėdį Moschognathus. Autorius: Alexas Bernardini (@SimplexPaleo) Kadangi manyta, kad jis sunkus, lėtas ir vangus, 260 milijonų metų senumo Anteosaurus buvo žiaurus...

Biokuras ir chemijos gamyba iš vaiko paslapčių

San Clemente salos ožka Elway gali daug ko išmokyti apie biologinį apdorojimą. Kreditas: UC Santa Barbara Pradedant biokuru ir kitomis cheminėmis medžiagomis, baigiant metano...

Dalelių fizikai problemą, vadinamą „persekiojimu“, sprendė daugiau nei 20 metų.

Iliustracija seka spindulio keliu, kai jis eina per stačiakampę, radijo dažnio, vario, magneto, juodojo dipolio ir modulinę matavimo sistemą ir į dalelių detektorių. ...

Kiek pavojinga yra nauja SARS-CoV-2 (COVID-19) viruso mutacija?

Darbas Ciklologijos ir imunologijos instituto (IVI) Aukšto saugumo laboratorijoje. Kreditas: © IVI Koks naujas mm pokytis. Balta Koronavirusas II su sunkiais kvėpavimo simptomais...

Newsletter

Subscribe to stay updated.