Ученые создали сверхтвердые металлы с помощью наночастиц

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.

Твердость материала показывает, насколько хорошо он сопротивляется внешним воздействиям или изгибу из формы силой или давлением. В случае металлов это 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 тяжелее, чем обычно, а золотые монеты стали в четыре раза тяжелее. Другие физические свойства оставались более или менее неизменными.

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 говорят, что этот процесс может быть использован для изготовления сверхтвердых покрытий, электродов или других металлических компонентов. По мнению команды, масштабирование до более крупных объектов также должно быть относительно простым, поскольку современное промышленное оборудование может справиться с используемым давлением.

Исследование было опубликовано в журнале Chem.