Kevin Stacey, Brown Üniversitesi
Metalurjistler bir metal parçasını daha sert hale getirmek için her türlü yola sahiptir. Bükebilirler, bükebilirler, iki silindir arasında gezdirebilirler veya bir çekiçle vurabilirler. Bu yöntemler, metalin tanecik yapısını – toplu bir metal parçası oluşturan mikroskobik kristal bölgeleri – parçalayarak çalışır. Daha küçük taneler daha sert metaller oluşturur.
Şimdi, bir grup Brown Üniversitesi araştırmacısı, metalik tahıl yapılarını aşağıdan yukarıya doğru özelleştirmenin bir yolunu buldu. Chem dergisinde yayınlanan bir makalede , araştırmacılar , katı metalden katı makro ölçekli kütleler oluşturmak için tek tek metal nanokümeleri parçalamak için bir yöntem gösteriyor . Teknik kullanılarak üretilen metallerin mekanik testi, doğal olarak oluşan metal yapılardan dört kat daha sert olduklarını gösterdi.
Brown’da kimya profesörü yardımcısı ve yeni araştırmanın ilgili yazarı Ou Chen, “Çekiçleme ve diğer sertleştirme yöntemleri, tane yapısını değiştirmenin yukarıdan aşağıya yollarıdır ve elde ettiğiniz tane boyutunu kontrol etmek çok zordur ” dedi. . “Yaptığımız şey, onları sıkıştırdığınızda birbirine kaynaşan nanoparçacık yapı taşları yaratmak oldu. Bu şekilde, gelişmiş özellikler için hassas bir şekilde ayarlanabilen tek tip tane boyutlarına sahip olabiliriz.”
Bu çalışma için, araştırmacılar altın, gümüş, paladyum ve diğer metallerin nanopartiküllerini kullanarak santimetre ölçekli “madeni paralar” yaptılar. Bu boyuttaki parçalar, yüksek performanslı kaplama malzemeleri, elektrotlar veya termoelektrik jeneratörler (ısı akışlarını elektriğe dönüştüren cihazlar) yapmak için yararlı olabilir. Ancak araştırmacılar, sürecin süper sert metal kaplamalar veya daha büyük endüstriyel bileşenler yapmak için kolayca ölçeklendirilebileceğini düşünüyor.
Chen, sürecin anahtarının nanopartikül yapı taşlarına uygulanan kimyasal işlem olduğunu söylüyor. Metal nanopartiküller, tipik olarak, genellikle partiküller arasında metal-metal bağlarının oluşumunu önleyen, ligand adı verilen organik moleküllerle kaplanır. Chen ve ekibi, bu ligandları kimyasal olarak uzaklaştırmanın bir yolunu buldular, bu da kümelerin sadece biraz basınçla birleşmesine izin verdi.
Araştırma, teknikle yapılan metal paraların standart metale göre önemli ölçüde daha sert olduğunu gösterdi. Örneğin altın sikkeler normalden iki ila dört kat daha zordu. Araştırmacılar, elektrik iletimi ve ışık yansıması gibi diğer özelliklerin standart metallerle neredeyse aynıydı.
Chen, nanopartiküller toplu metale sıkıştırıldığında çarpıcı bir renk değişikliği olduğu için altın sikkelerin optik özelliklerinin büyüleyici olduğunu söylüyor.
Chen, “Plazmonik etki olarak bilinen şey nedeniyle, altın nanopartiküller aslında morumsu siyah renktedir,” dedi. “Ancak baskı uyguladığımızda, bu morumsu kümelerin aniden parlak altın rengine dönüştüğünü görüyoruz. Bu, toplu altın oluşturduğumuzu bilmemizin yollarından biri.”
Chen, teorik olarak, tekniğin her türlü metali yapmak için kullanılabileceğini söylüyor. Aslında Chen ve ekibi, metalik cam olarak bilinen egzotik bir metal formu yapabileceklerini gösterdi . Metalik camlar şekilsizdir, yani normal metallerin düzenli olarak tekrar eden kristal yapısından yoksundurlar. Bu, olağanüstü özelliklere yol açar. Metalik camlar, geleneksel metallere göre daha kolay kalıplanır, çok daha güçlü ve çatlamaya karşı daha dirençli olabilir ve düşük sıcaklıklarda süper iletkenlik sergileyebilir.
Chen, “Tek bir bileşenden metalik cam yapmak herkesin bildiği gibi yapmak zordur, bu nedenle çoğu metalik cam alaşımdır” dedi. “Ama amorf paladyum nanopartikülleriyle başlayabildik ve paladyum metalik cam yapmak için tekniğimizi kullanabildik.”
Chen, tekniğin bir gün ticari ürünler için yaygın olarak kullanılabileceğinden umutlu olduğunu söylüyor. Nanokümeler üzerinde kullanılan kimyasal işlem oldukça basittir ve bunları birbirine sıkıştırmak için kullanılan basınçlar, standart endüstriyel ekipman aralığı dahilindedir. Chen, tekniğin patentini aldı ve çalışmaya devam etmeyi umuyor.
Chen, “Hem endüstri hem de bilimsel araştırma topluluğu için burada çok fazla potansiyel olduğunu düşünüyoruz” dedi.
Daha fazlasını keşfedinSıvı metalde büyüyen metalik kristaller
Daha fazla bilgi: Yasutaka Nagaoka ve diğerleri, Nanocrystals’den Bulk Tane-Sınır Malzemeleri, Chem (2021). DOI: 10.1016 / j.chempr.2020.12.026Dergi bilgisi: ChemBrown University tarafından sağlanmıştır