Oamenii de știință chinezi au dezvăluit o metodă nouă de a produce aur pur, care combină proprietăți ușoare cu o rezistență remarcabilă, scrie Interesting Engeneering.
Metoda inovatoare a fost dezvoltată de cercetătorii de la Laboratorul Național pentru Știința Materialelor din Shenyang şi implică formarea de pori uniformi și mici în cadrul metalului solid. Implicațiile acestei cercetări ar putea avea un impact semnificativ asupra industriei aerospațiale, auto și a electronicelor de consum, unde există o nevoie urgentă de materiale care să fie atât puternice, cât și ușoare.
Știința din spatele inovației
În mod tradițional, tehnicile de formare a metalelor, precum turnarea, sudura și imprimarea 3D, sunt concepute pentru a elimina bulele interne din metale, deoarece acestea sunt considerate de obicei defecte majore ale materialelor.
Inginerii au avut întotdeauna mare grijă să evite aceste goluri din cauza efectelor lor negative. Bulele interne pot compromite rezistența metalului, pot reduce durabilitatea la îmbinări și pot afecta finisajul suprafeței.
Cu toate acestea, echipa de cercetare condusă de Jin Haijun de la Academia Chineză de Științe (CAS) a schimbat această perspectivă. În loc să elimine aceste goluri, ei le-au rafinat dimensiunea și au reglat forma și distribuția lor. Cercetătorii au descoperit că această abordare atenuează efectele negative ale bulelor și poate oferi, de asemenea, beneficii neașteptate.
„Aceasta sugerează o modalitate atrăgătoare de a manipula proprietățile solidelor,” a spus Brent Grocholski, un editor senior la Science, conform South China Morning Post.
Cercetarea evidențiază modul în care perspectiva tradițională asupra bulelor ca defecte poate fi reconsiderată pentru a descoperi noi capabilități ale materialelor.
Câștiguri semnificative de rezistență cu nanopori
Echipa a folosit aurul ca material model pentru a dezvolta tehnica lor, creând aur poros uniform structurat printr-un proces de coroziune de dezaloyare. Prin comprimarea și apoi recoacerea metalului—încălzirea și răcirea acestuia—cercetătorii au generat un nou material cu nanopori dispersați mai mici de 100 de nanometri.
Testele au arătat că adăugarea de nanopori la o fracțiune de volum de 5 până la 10% a dus la o creștere cu 50 până la 100% a rezistenței aurului. Acest material îmbunătățit poate suporta sarcini mai mari menținând în același timp o bună plasticitate. În unele cazuri, plasticitatea a depășit chiar și cea a aurului complet dens de aceeași dimensiune.
„Această îmbunătățire se datorează nanoporilor dispersați care ajută la atenuarea concentrației de stres și deformare în jurul golurilor, inhibând astfel inițierea crăpăturilor,” a explicat Jin Haijun.
„Suprafața specifică mare a materialului facilitează interacțiunile dintre suprafață și dislocații, ceea ce îmbunătățește rezistența și ratele de întărire prin deformare, acestea din urmă contribuind la îmbunătățirea plasticității,” a adăugat Jin. Amplasarea strategică a acestor nanopori ajută la echilibrarea rezistenței și ductilității materialului.
Abordarea de tip „substractiv” contrastează cu metodele tradiționale care îmbunătățesc rezistența prin adăugarea de elemente de aliaj mai ușoare, cum ar fi aluminiul sau litiul. Noua metodă oferă o strategie ecologică și rentabilă pentru a îmbunătăți metalul fără greutate suplimentară sau poluare. Nanogolurile dispersate reduc densitatea aurului pur cu mai mult de 10%, contribuind la ușurința și reciclabilitatea acestuia.
Această abordare inovatoare păstrează, de asemenea, proprietățile fizice și chimice esențiale ale aurului, inclusiv conductivitatea termică și electrică și rezistența la coroziune.
„De exemplu, aurul cu nanogoluri poate fi utilizat ca materiale de conector sau contact în electronică,” a menționat Jin.
„Această strategie de întărire ar putea fi aplicată și altor metale și aliaje inginerești, atâta timp cât nanogolurile pot fi integrate eficient în material, cu aplicații potențiale în mai multe domenii,” a concluzionat Jin.
