مطالعه‌ی خواص آلیاژهای آلومینیوم با بررسی نانورسوبات

آلیاژهای آلومینیوم دارای ویژگی‌های منحصر به‌فردی هستند که موجب شده از آن‌ها در تولید هواپیما و صنعت هوا و فضا استفاده شود. محققان دانشگاه صنعتی گریز با استفاده از توموگرافی الکترونی با قدرت تفکیک بالا، برای اولین بار  سازوکار بروز این رفتارها را نشان دادند.

عناصر آلیاژی نظیر زیرکونیم و اسکاندیم با اضافه شدن به ماتریکس آلومینیوم می‌توانند موجب بهبود استحکام، مقاومت به خوردگی و ترشوندگی آلیاژهای آلومینیوم شوند. بعد از پردازش آلیاژ آلومینیوم با این عناصر، نانو رسوباتی در این آلیاژ شکل می‌گیرد. ساختار اتمی و شکل این ذرات و همچنین تلاش اتم‌های زیرکونیوم و اسکاندیم برای گرفتن بهترین جا در شبکه بلوری موجب بروز رفتارهای منحصربه‌فرد در این آلیاژ می‌شود.

پژوهشگران دانشگاه صنعتی گریز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری موسوم به ASTEM این ساختار را آنالیز کردند. این دستگاه می‌تواند با قدرت تفکیک بالا، نقشه‌برداری عنصری از ساختار سه بعدی را انجام دهد. با این روش تصویری ایجاد می‌شود که با اطلاعات پیشین امکان تفسیر آن‌ها وجود ندارد.

جرالد کوتلینتر از محققان این پروژه می‌گوید: « ما در این تصاویر، ساختارهای هسته‌ای‌-پوسته‌ای غیرعادی مشاهده کردیم. از سوی دیگر ما مقدار بیشتری از آلومینیوم را در نانورسوبات این آلیاژ مشاهده کردیم؛ این مقدار از آن چه پیش‌بینی می‌کردیم بیشتر است. همچنین دریافتیم که هسته‌ی غنی از زیرکونیوم در نانورسوبات وجود دارد. در این تصاویر دیدیم که منطقه‌ای میان هسته و پوسته با ترکیب شیمیایی تقریباً کامل و بلوری وجود دارد.»

برای رهگیری این پدیده‌ی خودآرایی، محققان از محاسبات مکانیک کوانتوم و شبیه‌سازی استفاده کردند. نتایج کار آن‌ها نشان داد که این سیستم به گونه‌ای تغییر شکل می‌دهد که کانال‌های کم‌عرضی برای اتم‌های خارجی ایجاد شده که به این اتم‌ها اجازه‌ی نفوذ می‌دهد. اتم‌ها با روبرو شدن با هم، موجب مسدود شدن این کانال‌ها شده و در نهایت سیستم پایدار می‌شود.

 نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در نشریه‌ی nature materials منتشر شده‌است.