Naukowcy stworzyli supertwarde metale. Nowa technologia wykorzystuje nanocząsteczki

Hutnicy mają wiele sposobów na utwardzanie kawałka metalu, a wszystkie z punktu widzenia chemicznego polegają na rozbijaniu struktury metalu. Dzięki temu możliwe jest tworzenie nowych połączeń w cząsteczkach, co czyni metale twardszymi.

Bazując na tej samej właściwości, naukowcy z Brown University znaleźli nowy sposób na tworzenie jeszcze silniejszych struktur metali. W artykule opublikowanym w czasopiśmie "Chem" naukowcy przedstawiają metodę rozbijania pojedynczych nanoklastrów metalu w celu utworzenia stałych kawałków litego metalu w makroskali.

Badania mechaniczne metali wytworzonych tą techniką wykazały, że są one do czterech razy twardsze niż naturalnie występujące konstrukcje metalowe. Ou Chen, profesor chemii w Brown i autor nowych badań podkreślił, że opracowana przez nich metoda pozwala wzmacniać metale w bardziej kontrolowany sposób, niż oferują to tradycyjne hutnicze metody. 

Korzystając z nowej metody naukowcy stworzyli "monety" z nanocząsteczek złota, srebra, palladu i innych metali. Takie elementy mogą być przydatne do elektrod czy generatorów termoelektrycznych. Badacze są jednak zdania, że bez trudu ich technologia mogłaby zostać wykorzystana również na skalę przemysłową. 

Chen twierdzi, że kluczem do tego procesu jest chemiczna obróbka bloków budulcowych nanocząstek. Nanocząsteczki metali są zwykle pokryte cząsteczkami organicznymi zwanymi ligandami, które na ogół zapobiegają tworzeniu się wiązań metal-metal między cząstkami.

Chen i jego zespół znaleźli sposób na chemiczne usunięcie tych ligandów, pozwalając klastrom na połączenie się ze sobą przy niewielkim nacisku, czytamy na stronie uniwersytetu.

Badania wykazały, że metalowe monety wykonane tą techniką były znacznie twardsze niż standardowy metal. Na przykład złote monety były dwa do czterech razy twardsze niż zwykle. Naukowcy odkryli, że inne właściwości, takie jak przewodnictwo elektryczne i odbicie światła, były praktycznie identyczne ze standardowymi metalami.

- Teoretycznie technika ta może być wykorzystana do produkcji każdego rodzaju metalu - zaznaczył Chen. Naukowcom udało się stworzyć m.in. egzotyczną formę metalu znaną jako metaliczne szkło. Jest ono amorficzne, co oznacza, że ​​brakuje im regularnie powtarzającej się struktury krystalicznej normalnych metali, co z kolei przekłada się na niezwykłe właściwości. 

- Wytwarzanie metalicznego szkła jest bardzo trudne, więc zwykle robi się je ze stopów - wyjaśnił Chen. - Nam się udało zacząć od amorficznych nanocząstek palladu i użyć naszej techniki do wytworzenia metalicznego szkła palladowego. 

Chen zwrócił uwagę, ze obróbka chemiczna nanoklastrów jest dość prosta, a ciśnienia stosowane do ich ściskania mieszczą się w zakresie standardowego wyposażenia przemysłowego. Ma więc nadzieję, że jego projekt znajdzie szersze zastosowanie w przemyśle. Na razie opatentował swoje odkrycie i zamierza kontynuować badania.