4 kartus kietesnis metalas - mokslininkai sukūrė būdą metalinius daiktus gaminti kaip dėliones

Vienas iš geriausiai žinomų metalurgijos faktų yra tai, kad kiečiausi metalai pasižymi labai tankia, bet smulkia struktūra. Metalus sudaro daugybė kristalų. Kuo tie kristalai smulkesni, tuo metalas bus kietesnis. Tai yra, stambiais kristalais pasižymintis plienas bus ne toks kietas kaip pasižymintis smulkia kristaline struktūra. Žmonės taip ilgai dirbo su metalu, kad jau seniai išmokome metalus kietinti, mechaniškai smulkindami tą kristalinę struktūrą ar priversdami ją persidėlioti termošoku. Tačiau net ir šiuolaikiniai metodai yra riboti ir itin smulkios kristalinės metalų struktūros yra sunkiai pasiekiamos.

Be to, dabartiniai metalurgijos metodai neleidžia labai tiksliai kontroliuoti tų kristalų dydžio. Taip, gamyklos turi didžiulius presus ir mechaninius kūjus, tačiau jų veikimo principas trimatėje metalo struktūroje niekada nėra idealus. Kūjis negali vienodai paveikti ant priekalo esančio metalo - kai kurie kristalai lieka nepakitę. Ir tai, pasak mokslininkų, pasakytina apie visus dabar naudojamus metalų kietinimo metodus - jie veikia iš išorės į vidų, todėl paveikia ne visus kristalus.

Dabar Browno universiteto chemikai sugalvojo naują būdą gaminti itin kietus metalus. Vietoje to, kad paimtume bet kokį metalo gabalą ir imtume karščiu ir kūjais koreguoti jo kristalinę struktūrą, galime paimti labai smulkius nanokristalus ir juos tiesiog sujungti kaip didelę trimatę dėlionę. Taip sukurtas metalas būtų ne tik labai kietas, bet ir labai vientisas, o keičiant tos dėlionės dalis būtų galima labai preciziškai keisti ir galutinio produkto savybes.

Mokslininkai paėmė aukso, sidabro, paladžio ir kitų metalų nanodaleles ir chemiškai iš jų pašalino ligandus, kurie įprastai neleidžia skirtingoms dalelėms susijungti. Tuomet tos dalelės gali būti sujungtos į vieną naudojant santykinai nedidelį spaudimą. Pagamintos monetos savo savybėmis (šviesos atspindėjimu, laidumu elektrai ir t. t.) niekuo nesiskyrė nuo kitais metodais pagamintų metalų, tačiau buvo žymiai kietesnės.

Pati idėja, beje, nėra visai nauja. Praktiškai visuose jūsų naudojamuose įrankiuose jau yra detalių, kurios yra pagamintos spaudžiant ir kaitinant smulkias metalo daleles (technologija lietuviškai dažnai vadinama metalo sukepinimu). Taip galima pagaminti labai pigias detales, nes jų nereikia šlifuoti ar pjaustyti. Kai anksčiau staklės (kadaise rankinės, vėliau - CNC) iš didesnių metalo gabalų pjaudavo krumpliaračius, dabar jie gaminami labai panašiai kaip įvairios plastikinės detalės - vieno žingsnio procesas pagamina visiškai užbaigtą detalė. Tokios sukepintos detalės nėra tokios tvirtos kaip išpjautos ar nukaldintos, nes tos metalo dalelės įprastai yra tokios stambios, kad jas galima pamatyti plika akimi.

Nanodalelių naudojimas metalinių daiktų gamyboje yra kitoks. Mokslininkai nemini karščio, kuris yra būtinas sukepinimui, o ir tos dėlionės detalės yra žymiai smulkesnės, todėl galutinis produktas turėtų būti kietesnis ir tvirtesnis.

Beje, įdomus faktas - nuotraukoje matote iš nanodalelių pagaminta aukso monetą. Tos dalelės dėl plazmoninio efekto yra tamsiai violetinės ir tik suspaustos į krūvą tampa aukso spalvos daiktu.