Изобретая сильные мира серебро

Команда ученых произвела сильнейшее серебро никогда-42% прочнее, чем предыдущий мировой рекорд. Но это не важный момент.

«Мы обнаружили новый механизм в работе на наноуровне, что позволяет нам изготавливать металлы, которые гораздо сильнее, чем что-либо когда-либо делал прежде, при этом не теряя ни электропроводность», — говорит Фредерик Sansoz, материалы ученый и профессор машиностроения в Университете Вермонта, который возглавило новое открытие.

Это фундаментальный прорыв обещает новую категорию материалов, которые могут преодолеть традиционный компромисс в промышленных и коммерческих материалов между прочностью и способностью нести электрический ток.

Результаты команды были опубликованы 23 сентября в журнале Nature материалы.

ПЕРЕОСМЫСЛЕНИЕ ДЕФЕКТ

Все металлы имеют дефекты. Часто эти нарушения приводят к нежелательным качества, как хрупкость или размягчение. Это привело ученых к созданию различных сплавов и тяжелых смесей материала, чтобы сделать их сильнее. Но когда они окрепнут, они теряют электропроводность.

«Мы спросили себя, как мы можем сделать материал с дефектами, но преодолеть размягчения при сохранении электропроводности,» сказал Моррис Ван, ведущий научный сотрудник Ливерморской национальной лаборатории и соавтор нового исследования.

Путем смешивания следовые количества меди в серебро, команда показала, что она может трансформироваться два типа присущи наноразмерных дефектов в мощную внутреннюю структуру. «Это потому, что примеси притягиваются к этим дефектам», — объясняет Sansoz. Другими словами, ученые использовали медь примеси — форма допинга или «microalloy» как стиль ученых это … для управления поведением дефектов в серебре. Как в атомном масштабе джиу-джитсу, ученые перевернул дефекты в своих интересах, используя их для укрепления металла и поддержания его электропроводность.

Чтобы сделать свое открытие, команда-в том числе эксперты из УВМ, Ливерморской национальной лаборатории Эймса Лаборатория, Лос-Аламосской Национальной лаборатории и Калифорнийского университета … началось с основополагающей идеей материаловедение: как размер кристалла, или зерна … материала становится меньше, она становится сильнее. Ученые называют это Холла-Петча связи. Этот общий принцип проектирования позволило ученым и инженерам построить прочные сплавы и передовые керамики на протяжении более 70 лет. Он очень хорошо работает.

Пока это не так. В конце концов, когда зерна металла достичь бесконечно крошечные размеры в десятки нанометров — границы между зернами становятся неустойчивыми и начинают двигаться. Поэтому другой известный подход к укреплению металлов, таких как серебро использует наноразмерные «когерентные границы близнецы», которые являются особым типом границ зерен. Эти структуры парных атомов, образующих симметричный зеркальный кристаллический интерфейс-чрезвычайно сильная деформация. За исключением того, что эти две границы, тоже становятся мягкими, когда их расстояние подпадает под критическим размером несколько нанометров, из-за несовершенства.

БЕСПРЕЦЕДЕНТНЫЕ СВОЙСТВА

Очень грубо говоря, нанокристаллы, как лоскуты ткани и nanotwins как сильный, но крошечные нити в ткани. Кроме того, что они на атомном масштабе. Новое исследование сочетает в себе оба подхода, чтобы сделать то, что ученые называют «нано-nanotwinned металла», то есть «беспрецедентный механические и физические свойства,» команда пишет.

Это потому, что атомы меди, немного меньше, чем атомов серебра, двигаться в дефектов в границах зерен и двойниковых границ. Это позволило команде — с использованием компьютерного моделирования атомов в качестве отправной точки, а затем переходят в реальные металлы с передовых инструментов в Национальной лаборатории — создать новый супер-сильная форма серебра. Крошечные медные примеси в серебро тормозят дефектов от переезда, но таких небольшое количество металла — менее одного процента от общего … что богатые электропроводность серебра сохраняется. «Медный атом примеси идут вдоль каждого интерфейса, а не между ними,» Sansoz объясняет. «Поэтому они не нарушают электронов, распространяющихся через.»

Мало того, что этот металл преодолеть размягчения ранее наблюдается в виде зерен и двойниковых границ вам слишком маленьким-так называемый «Холла-Петча срыв» — это даже превышает многолетние теоретические Холла-Петча предел. Команда сообщает «идеального максимальная сила» можно найти в металлах с две границы, которые в семь нанометров, всего несколько атомов. И жара-обработанная версия медно-зашнурованные группы Серебро имеет показатель твердости выше того, что было, что будет теоретический максимум.

«Мы побили мировой рекорд и холла-Петча слишком ограничивать, не один раз, а несколько раз в ходе этого исследования, с очень контролируемых экспериментов», — говорит Sansoz.

Sansoz уверен, что подход команды к супер-сильным и еще-ща серебро может быть применено ко многим другим металлам. «Это новый класс материалов, и мы только начинаем понимать, как они работают», — говорит он. И он предполагает, что фундаментальная наука выявила в ходе нового исследования могут привести к достижениям в области технологий-более эффективных солнечных элементов на более легкие самолеты для безопасных АЭС. «Когда вы можете сделать материал еще прочнее, можно использовать меньше его, и это длится дольше», — говорит он, «и быть электропроводящие имеет решающее значение для многих приложений.»

сделать разницу: спонсорские возможности