Новости

Aug 14, 2023

Китайский «прорыв» позволяет изготавливать сплавы с различными металлами при более низких температурах

ktsimage/iStock Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время. Исследователи из Колледжа химии и молекулярных наук Уханьского университета в Китае

ktsimage/iStock

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Исследователи из Колледжа химии и молекулярных наук Уханьского университета в Китае достигли значительного «прорыва» в материаловедении, который позволяет изготавливать сплавы из широкого спектра металлов и при гораздо более низких температурах, чем традиционные методы, сообщает South China Morning Post. сообщил. Прорыв заключается не в чем ином, как в добавлении в смесь металлического галлия.

Начиная с бронзового века, сплавы способствовали развитию нашей цивилизации. Современные применения сплавов включают создание и производство высокоэнтропийных сплавов (ВЭА), состоящих из пяти или более металлических элементов.

HEA обладают высокой устойчивостью к износу и нашли применение в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, преобразование и хранение энергии, а также медицинское оборудование. Однако создание HEA — энергоемкое дело, требующее температуры до 3632 градусов по Фаренгейту (2000 градусов по Цельсию). Однако это не гарантирует их образование, поскольку атомы металлов могут быть крайне несовместимы.

Обычные методы изготовления HEA включают нагревание составных элементов до температуры около 3000 градусов по Фаренгейту, а затем их быстрое охлаждение перед смешиванием. Однако этот подход не всегда работает, поскольку пять элементов могут не соглашаться друг с другом и раскалывать сплав, подобно группе из пяти человек с разной природой и характером.

Исследовательская группа под руководством Фу Лея, профессора Уханьского университета, обнаружила, что добавление галлия в смесь сплавов может снизить температуру подготовки до 1200 градусов по Фаренгейту (650 по Цельсию).

Галлий имеет температуру плавления всего 85 градусов по Фаренгейту (~ 30 по Цельсию). Это означает, что металл просто расплавится, если его держать в ладони. Однако исследователи использовали его в качестве реакционной среды и клея при приготовлении сплава и получили некоторые интересные результаты.

Научный мир знал о галлии на протяжении веков, а его способность возвращаться к своей первоначальной форме даже вдохновила научную фантастику о самовосстанавливающемся жидком металле в таких фильмах, как «Терминатор». Однако открытие, сделанное Фу и его командой, было слишком хорошим, чтобы в него можно было поверить.

Вайрсток/iStock

Фактически, открытие было сделано два года назад, но не было опубликовано, поскольку не удалось провести научную экспертную оценку. Даже рецензенты таких журналов, как Nature, сочли это открытие невероятным и хотели увидеть больше доказательств процесса, прежде чем принять рукопись.

Затем команда провела дополнительные эксперименты и расчеты, чтобы помочь более точному объяснению основного механизма. Они также обнаружили, что сплавы, изготовленные с использованием этого подхода, ничем не отличаются от сплавов, изготовленных с использованием традиционных методов.

Теперь исследователи объясняют, что нагревание совместимых металлов с галлием приводит к спонтанному росту кристаллических наночастиц ГЭА. Они также смогли синтезировать сплавы с разнообразным спектром металлов, которые традиционные подходы не смогли обеспечить.

Это не первый случай, когда исследователи из Китая первыми продвигают науку о материалах. Недавно другая группа исследователей из Университета Цинхуа продемонстрировала жидкометаллическое покрытие, которое однажды можно будет использовать для мягких роботов.

Наночастицы сплавов с высокой энтропией (HEA-NP) демонстрируют большой потенциал в качестве функциональных материалов1,2,3. Однако до сих пор реализованные высокоэнтропийные сплавы были ограничены палитрой аналогичных элементов, что сильно затрудняет дизайн материалов, оптимизацию свойств и исследование механизмов для различных применений4,5. Здесь мы обнаружили, что жидкий металл, обладающий отрицательной энтальпией смешивания с другими элементами, может обеспечить стабильные термодинамические условия и действовать как желаемый резервуар для динамического смешивания, тем самым реализуя синтез HEA-NP с разнообразным набором металлических элементов в мягких реакционных условиях. Вовлеченные элементы имеют широкий диапазон атомных радиусов (1,24–1,97 Å) и температур плавления (303–3683 К). Мы также реализовали точно изготовленные структуры наночастиц посредством настройки энтальпии смешивания. Более того, процесс преобразования в реальном времени (то есть из жидкого металла в кристаллические HEA-NP) фиксируется на месте, что подтверждает динамическое поведение деления-синтеза в процессе легирования.