211service.com
Sklo, které je silnější než ocel
Ve světě materiálů nejsou pevnost (množství síly, kterou látka může odolat) a houževnatost (její schopnost odolávat lámání) pouze rozdílné vlastnosti; je velmi obtížné dosáhnout společně. Nyní spolupráce výzkumníků z Caltechu a Národní laboratoře Lawrence Berkeley ministerstva energetiky vytvořila formu skla, která má obě vlastnosti. Je pevnější a tvrdší než ocel nebo jakýkoli jiný známý materiál. Materiál obsahuje palladium, kov, jehož možné použití ve skle bylo uznáno již před 45 lety.
Důkaz rozbití: Elektronová mikrofotografie pořízená po testu ohybem. Vzorek se nezlomil.
Je to pravděpodobně nejlepší materiál odolný proti poškození, jaký jsme kdy viděli, říká Robert Ritchie , profesor na University of California, Berkeley, který testoval nový materiál. Říká, že nikdo nikdy nedosáhl takové houževnatosti ze 100 procent skla a že existuje potenciál pro hromadnou výrobu skla.
Julia Greerová , odborný asistent Materials Science na Caltech, který se nepodílel na vývoji materiálu, říká, že má potenciál překonat omezení, která kovová skla vždy měla.
Práce je popsána ve studii zveřejněné tento týden v časopise Přírodní materiály . Marios Demetriou , profesor na Caltech a hlavní autor článku, říká, že práce zahrnovala nalezení obzvláště silné verze nejjednodušší formy skla, nazývané marginální sklo, a její přeměnu na ještě silnější formu známou jako objemové sklo.
Zde jsme našli velmi, velmi houževnaté okrajové sklo vyrobené z palladia s malými frakcemi metaloidů, jako je fosfor, křemík a germanium, které poskytlo vzorky o tloušťce jeden milimetr. A právě jsme řekli, pojďme přidat jen velmi málo něčeho, co to udělá objemným, aniž by to zkřehlo, říká Demetriou. Přidáním 3,5 procenta stříbra do tohoto okrajového skla dokázal Demetriou zvýšit tloušťku na šest milimetrů při zachování jeho houževnatosti.
Achillovou patou těchto kovových brýlí je, že když je zatáhnete nebo se je pokusíte nějak deformovat, katastrofálně selžou, říká Greer. K tomu dochází prostřednictvím tvorby takzvaných smykových pásů, malých defektů, které se spojují do žilovitých vzorů, které se rychle vyvíjejí jako praskliny, což způsobuje prasknutí skla při extrémně malých napětích. Podle výzkumníků však palladiové sklo vytváří tolik těchto pásů, že tvoří blokující vzor, který zabraňuje šíření trhlin, aniž by narušil celkové vlastnosti materiálu.
Ritchie říká, že může být možné kombinovat další prvky a vytvořit ještě lepší brýle. John Lewandowski , profesor metalurgie na Case Western Reserve University, říká: Jedním z výsledků tohoto projektu bude podnítit spoustu práce v souvisejících oblastech, zkoumat detaily, modelovat je, analyzovat teplotní efekty nebo co se stane, když to otestujete.
Omezením je velmi vysoká cena palladia. Proto Ritchie říká, že ačkoliv existuje nespočet konstrukčních aplikací, které by mohly využít vysokou pevnost a houževnatost tohoto materiálu – jako automobilové a letecké komponenty – mnohé z nich se na trhu ukážou jako nepraktické.
Demetriou je optimističtější. Věří, že již existuje poptávka po kovovém skle a říká, že produkt, jako je zubní implantát vyrobený z těchto látek, by mohl být dostupný během příštích pěti let. Říká, že by to nabídlo lepší alternativu k tradičním implantátům vyrobeným z ušlechtilých kovů, které jsou měkčí a tužší, a proto se s větší pravděpodobností opotřebují nebo způsobí atrofii kosti.
Prvním krokem je přesvědčit výrobce, že materiál má jedinečné a neobvyklé vlastnosti, říká. Pak bude zapotřebí řada testů jeho výkonu, životnosti a biologické kompatibility, než se nakonec určí, zda by cena byla konkurenceschopná.
Pokud jde o výrobu rozsáhlých konstrukcí, jako jsou mosty, Demetriou říká, že tomu by pravděpodobně zabránila cena. Má ale naději na vývoj něčeho levnějšího. Pokud vyvineme slitinu železa nebo mědi s těmito vlastnostmi, říká, řeknu vám toto: ocel navždy vyřadíme z provozu.