عام

طريقة لإنتاج المعادن الثقيلة دون المساس بالتوصيل الكهربائي

جميع المعادن لها عيوب هيكليةيؤثر في نهاية المطاف على قوتهم - وكلما زاد عدد العيوب في المعدن ، كان ليونة أو هشة. لحل هذه المشكلة ، يقوم العلماء بإنشاء سبائك معدنية جديدة. يسمح هذا النهج بالحصول على مركبات معدنية أكثر متانة ، ولكن في الوقت نفسه يؤدي إلى فقدان التوصيل. وهذا بدوره يحد من إمكانية استخدام سبائك جديدة في مهام مختلفة. يقدم الاكتشاف الأخير للعلماء الأمريكيين حلاً لهذه المشكلة. تم الإبلاغ عن هذا الاكتشاف في مقال نشرته مجلة Nature Materials.

قطعة من السبائك الفضية الجديدة في يد مؤلف مشارك في الدراسة فريدريك سانزوز

الموصلية الكهربائية - خاصية المادة لإجراء التيار الكهربائي. من المهم جدا في إنتاج الالكترونيات المختلفة.

كان مؤلفو الاكتشاف باحثين منجامعة فيرمونت ، التي وضعت آلية لإنتاج سبائك جديدة ، مما يجعل المعادن أقوى بكثير ، ولكن في نفس الوقت الحفاظ على الموصلية الكهربائية.

كيفية إنشاء معدن دائم وموصلة كهربائيا

كان حل المشكلة جميلًا بشكل مدهشبسيطة. على سبيل المثال ، في المقياس النانوي ، خلط العلماء أثرًا (بمعنى آخر ، كمية ضئيلة جدًا) من النحاس بالفضة ونتيجةً لذلك ، تمكنوا من الحصول على أكثر سبائك الفضة دائمًا - فهي أقوى بنسبة 42 في المائة من أي سبيكة فضية موجودة اليوم. ولكن هذا ليس هو الشيء الأكثر أهمية. الشيء الرئيسي هو أن الفضة ، بعد أن أصبحت أقوى ، لم تفقد خاصية التوصيل الكهربائي. تذكر أن الفضة نفسها لديها أعلى الموصلية الكهربائية بين المعادن.

نموذج للتركيب الذري للحبوب (جزيئات) من الفضة تتخللها نحاس (باللون الأخضر) يملأ العيوب المعدنية

بفضل طريقة الإنتاج الجديدة ، والعلماءتمكن من التغلب على ما يسمى الحد النظري من قاعة بيتش ، الذي تم الحفاظ عليه على مدى السنوات ال 70 الماضية. ويسمى أيضا قانون هول بيتش. وفقًا لهذا الحد ، كلما صغر حجم الحبوب (الجسيم) من المعدن ، أصبح هيكل المادة أقوى. ومع ذلك ، هناك بعض القيود. عندما تصبح حبيبات المعادن صغيرة جدًا - بحجم نانومتر قليل - تصبح حدود هذه الحبوب غير مستقرة ، ابدأ في التحرك والتشوه ، مما يؤدي إلى حقيقة أن المعدن "يتليّن" مرة أخرى.

من المثير للاهتمام أيضًا: اكتشف العلماء المعادن لإنشاء إلكترونيات المستقبل

لقد تغلب العلماء على هذا الحد من خلال خلقما يسمونه "المعدنية النانوية البلورية." نظرًا لأن ذرات النحاس أصغر في حجمها من ذرات الفضة ، فهي قادرة على اختراق العيوب الهيكلية عند حدود الحبوب من الفضة. هذا يمنع العيوب في هيكلها من الحركة ، مما يجعل المعدن أقوى. في الوقت نفسه ، لا تخلق جزيئات النحاس مشكلات في حركة الإلكترونات عبر الفضة ، مما يسمح للمعادن بالحفاظ على التوصيل الكهربائي.

هذه فئة جديدة من المواد وقد بدأنا للتو في فهم كيفية عملها "، يعلق فريدريك سانزوس.

وفقا للباحثين ، نهج جديد فييمكن تطبيق إنتاج السبائك ليس فقط على الفضة ، ولكن أيضًا على المعادن الأخرى. بالنسبة لنطاق الاستخدام ، يمكن تطبيق الطريقة الجديدة ذات يوم بشكل فعال ، على سبيل المثال ، في إنتاج الألواح الشمسية الأكثر كفاءة ، وجسم الطائرة الأخف وزناً للطائرات ، وحتى في بناء محطات طاقة نووية أكثر موثوقية. يبدو أن هذه ليست هي حالات الاستخدام الوحيدة. إذا كانت لدى قرائنا أفكارهم الخاصة ، فيمكنك التعبير عنها في دردشة Telegram.