algemeen

Een methode voor de productie van zware metalen zonder afbreuk te doen aan hun elektrische geleidbaarheid

Alle metalen hebben structurele defecten dieuiteindelijk hun sterkte beïnvloeden - hoe meer defecten in het metaal, hoe zachter of broos het is. Om dit probleem op te lossen, creëren wetenschappers nieuwe metaallegeringen. Deze benadering maakt het mogelijk om duurzamere metaalverbindingen te verkrijgen, maar leidt tegelijkertijd tot een verlies van hun geleidbaarheid. En dit beperkt op zijn beurt de mogelijkheid om nieuwe legeringen te gebruiken voor verschillende taken. De nieuwste ontdekking van Amerikaanse wetenschappers biedt een oplossing voor dit probleem. De ontdekking is gerapporteerd in een artikel gepubliceerd door het tijdschrift Nature Materials.

Een stuk van de nieuwe zilverlegering in handen van co-auteur Frederic Sanzose van de studie

Elektrische geleidbaarheid - de eigenschap van het materiaal om elektrische stroom te geleiden. Het is erg belangrijk bij de productie van verschillende elektronica.

De auteurs van de ontdekking waren onderzoekers vanUniversiteit van Vermont, die een mechanisme heeft ontwikkeld voor de productie van nieuwe legeringen, waardoor metalen veel sterker worden, maar tegelijkertijd hun elektrische geleidbaarheid behouden.

Hoe maak je een duurzaam en elektrisch geleidend metaal

De oplossing voor het probleem was verrassend mooieenvoudig. Op nanoschaal mengden wetenschappers bijvoorbeeld een spoor (met andere woorden, een zeer onbeduidende) hoeveelheid koper met zilver en als gevolg daarvan konden ze de meest duurzame zilverlegering krijgen - het is 42 procent sterker dan elke huidige zilverlegering. Maar dit is niet het belangrijkste. Het belangrijkste is dat zilver, nadat het sterker is geworden, zijn elektrische geleidbaarheidseigenschap niet heeft verloren. Bedenk dat zilver zelf de hoogste elektrische geleidbaarheid onder metalen heeft.

Een model van de atomaire structuur van korrels (deeltjes) van zilver afgewisseld met koper (gemarkeerd in groen) dat metaaldefecten vult

Dankzij de nieuwe productiemethode, wetenschappersis erin geslaagd om de zogenaamde theoretische limiet van Hall-Petch te overwinnen, die de afgelopen 70 jaar is gehandhaafd. Het wordt ook de Hall-Petch-wet genoemd. Volgens deze limiet, hoe kleiner de korrel (het deeltje) van het metaal wordt, hoe sterker de structuur van de stof wordt. Er is echter enige beperking. Wanneer metaalkorrels te klein worden - enkele nanometers groot - worden de grenzen van deze korrels onstabiel, beginnen ze te bewegen en te vervormen, wat ertoe leidt dat het metaal weer "zacht wordt".

Ook interessant: wetenschappers hebben metaal ontdekt om de elektronica van de toekomst te creëren

Wetenschappers hebben deze limiet overwonnen door te creërenwat zij "nanokristallijn nanotonated metal" noemen. Omdat koperatomen iets kleiner zijn dan zilveratomen, kunnen ze structurele defecten doordringen aan de korrelgrenzen van zilver. Dit voorkomt defecten in de structuur, waardoor het metaal sterker wordt. Tegelijkertijd veroorzaken koperdeeltjes geen problemen voor de beweging van elektronen door zilver, waardoor het metaal zijn elektrische geleidbaarheid behoudt.

Dit is een nieuwe klasse materialen en we beginnen net te begrijpen hoe ze werken, ”merkt Frederic Sanzos op.

Volgens de onderzoekers een nieuwe aanpak inlegeringsproductie kan niet alleen op zilver worden toegepast, maar ook op andere metalen. Wat betreft de reikwijdte van het gebruik, de nieuwe methode kan ooit effectief worden toegepast, bijvoorbeeld bij de productie van efficiëntere zonnepanelen, lichtere romp voor vliegtuigen, en zelfs bij de bouw van betrouwbaardere kerncentrales. Het lijkt erop dat dit niet de enige use cases zijn. Als onze lezers hun eigen ideeën hebben, kunt u die uitdrukken in onze Telegram-chat.