Wytrzymały, lekki i… plastyczny nanokompozyt

Zespół badaczy, kierowany przez Henry’ego Samueli z Uniwersytetu UCLA (University of California), sworzył wyjątkowo wytrzymały, a zarazem lekki materiał. Metaliczny materiał składa się z magnezu oraz rozproszonych ceramicznych nanocząstek węglika krzemu. Z pewnością, odkrycie to zostanie wykorzystane do budowy nowych, lżejszych samolotów, statków kosmicznych oraz samochodów. Zauważa się także wpływ materiału na poprawę wydajności spalania, potencjalne wykorzystanie istnieje także w produkcji urządzeń biomedycznych oraz mobilnej elektroniki.

follow-me-carriage-1046199_1280

W celu stworzenia wyjątkowo wytrzymałego, a zarazem lekkiego metalu, zespół naukowców zastosował metodę rozpraszania oraz stabilizacji nanocząstek w stopionych metalach. Opracowana metoda może także służyć do pozyskiwania innych, lekkich i wytrzymałych materiałów. Już wcześniej zauważono, że nanocząstki są w stanie zwiększyć wytrzymałość metali, a  zwłaszcza magnezu bez zmiany ich plastyczności, jednak nikt wcześniej nie stworzył nowego materiału metalicznego przy zastosowaniu rozproszonych, ceramicznych nanocząstek. „Wykorzystaniu praw fizycznych oraz odpowiedniej obróbki materiału, sprawia że nasza metoda otwiera nową drogę w  zakresie poprawy właściwości wielu różnych metali. Zastosowanie nanocząstek o dużej gęstości, nadających materiałom pożądaną wytrzymałość bez zmiany ich podstawowych właściwości, pozwoli na sprostanie wymaganiom stawianym przez dzisiejsze społeczeństwo” – twierdzi Xiaochun Li, naukowiec z Katedry Inżynierii, z UCLA.

2-uclaresearch

Rys.1 Po lewej – czysty metal, po prawej nowy kompozyt złożony z magnezu i nanocząstek węgliku cyroku. (Prawa autorskie: Uniwersytet UCLA)

Metale strukturalne, to tzw. metale nośne, są wykorzystywane powszechnie w budynkach oraz pojazdach wśród nich magnez jest jednym z najlżejszych metali strukturalnych. Węglik krzemu jest związkiem o bardzo dużej twardości, wykorzystuje się go do produkcji przemysłowych ostrzy i tarcz. Technika opracowana przez zespół badaczy, polegająca na rozproszeniu bardzo dużej ilości nanocząstek węglika krzemu do stopionego magnezu, pozwala na uzyskanie materiału o znacznej wytrzymałości, sztywności oraz odporności na wysokie temperatury. Ceramiczne nanocząstki od dawna stosuje się w  celu zwiększenia wytrzymałości metali, jak do tej pory odbywało się to jednak kosztem zmniejszenia plastyczności. W tym przypadku sytuacja prezentuje się wręcz przeciwnie – nanocząstki węglika krzemu pozwalają na zwiększenie wytrzymałości materiału przy jednoczesnym zachowaniu bądź nawet poprawie plastyczności. Jedną z niedogodności w  produkcji tego typu materiałów jest tendencja nanocząstek do zlepiania się, przy czym pożądana jest ich jak największa dyspersja w ośrodku metalicznym. W celu zminimalizowania tego niepożądanego efektu, naukowcy wykorzystali etap pośredni, polegający na dyspersji nanocząstek w stopie cynku i  magnezu.

Odkryty nanokompozyt zawiera około 14 % węglika krzemu oraz 86% magnezu. Do zalet tego materiału należy zaliczyć fakt, że magnez jest metalem występującym  w relatywnie dużych ilościach, a jego  wykorzystanie nie stanowi zagrożenia dla środowiska.

1. http://phys.org/news/2015-12-exceptionally-strong-lightweight-metal.html

2. Lian-Yi Chen et al. Processing and properties of magnesium containing a dense uniform dispersion of nanoparticles, Nature (2015). DOI: 10.1038/nature16445

Opracowała: Anika Szady

Korekta: Ilona Sadok

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*