محققان دانشگاه براون روش جدیدی برای ساخت فلزات فوق سخت ارائه کردند. این تیم «بلوک‌های سازنده» نانوذره‌ای ساخته است که به لطف یک فرآیند شیمیایی تحت فشار متوسط می‌توانند با هم ترکیب شوند.
تولید فلزات بسیار سخت با استفاده از نانوذرات
سختی ماده نشان می‌دهد که چقدر در برابر خراشیده شدن یا خم شدن مقاومت می‌کند. در مورد فلزات، سختی معمولاً با توجه به اندازه دانه‌های میکروسکوپی مشخص می‌شود، هر چه دانه کوچکتر باشد، فلز سخت‌تر می‌شود.
به‌طور معمول یک فلز با استفاده از روش‌های ساخت ماکروسکوپی مانند چکش‌کاری، خم شدن یا پیچاندن سخت‌تر می‌شود. در پروژه جدید، محققان از راهبرد «پایین به بالا» استفاده کردند، در نتیجه فلزات بسیار سخت‌تری تولید شدند.
او چن، نویسنده مسئول این مطالعه، می‌گوید: «چکش‌کاری و سایر روش‌های سخت شدن، همه از بالا به پایین ساختار دانه را تغییر می‌دهد، در نتیجه کنترل اندازه دانه‌ای که در نهایت به‌دست می‌آید بسیار دشوار است. کاری که ما انجام داده‌ایم ایجاد بلوک‌های سازنده نانوذرات است که وقتی آن‌ها را فشار می‌دهید با هم ترکیب می‌شوند. از این طریق می‌توانیم اندازه دانه یکنواختی داشته باشیم که بتوان دقیقاً آن‌ها را برای خواص پیشرفته تنظیم کرد.»
مسئله این است که سطح فلزات معمولاً با مولکول‌های آلی به نام لیگاند پوشانده می‌شود که می‌توانند پیوند ذرات فلز را به شدت متوقف کنند. محققان یک فرآیند شیمیایی ارائه کردند که می‌تواند این لیگاندها را از بین ببرد و نانوذرات فلز را آزاد کند تا از طریق یک فرآیند تف‌جوشی تحت فشار، راحت‌تر با هم ترکیب شوند.
با استفاده از این روش، محققان «سکه‌هایی» از نانوذرات فلزات مختلف مانند طلا، نقره و پالادیوم ساختند. در آزمایش‌ها ثابت شده‌است که آن‌ها بسیار سخت‌تر از حد معمول هستند به طوری‌که نسبت به سکه‌های طلا تا چهار برابر سخت‌تر هستند. سایر خصوصیات فیزیکی نیز کم و بیش بدون تغییر باقی مانده است.
در آزمایشی دیگر، محققان با استفاده از روش جدید خود شیشه‌ای فلزی ساختند. مانند شیشه‌های معمولی، این مواد دارای ساختارهای بلوری آمورف هستند، که می‌تواند قالب‌سازی آن‌ها را راحت‌تر کرده و به‌طور بالقوه از فلزات معمولی مستحکم‌تر باشند.
چن می‌گوید: «ساخت شیشه فلزی تک‌جزئی کار سختی است؛ بنابراین، بیشتر شیشه‌های فلزی آلیاژی هستند. اما ما توانستیم با نانوذرات آمورف پالادیوم فرآیند را شروع کنیم و از روش خود برای ساخت یک شیشه فلزی پالادیومی استفاده کنیم.»
محققان می‌گویند از این فرآیند می‌توان برای ایجاد پوشش‌های بسیار سخت، الکترود یا سایر اجزای فلزی استفاده کرد. نتایج این تحقیق در مجله Chem منتشر شده است.
