کشف سخت‌ترین ماده در زمین که با کاهش دما، مقاوم‌تر می‌شود

به گزارش ساینس‌الرت، «اسو جورج»، متالورژیست و محقق ارشد مطالعه‌ای که خصوصیات این آلیاژ را تشریح کرده است، می‌گوید: «زمانی که یک ماده ساختاری را طراحی می‌کنید، می‌خواهید آن ماده محکم و در عین حال شکل‌پذیر و در برابر شکست مقاوم باشد. معمولاً توازنی بین این ویژگی‌ها به‌وجود می‌آید. اما این ماده هر دو ویژگی را با هم حفظ می‌کند و به‌جای اینکه در دماهای پایین‌تر شکننده‌تر شود، سخت‌تر می‌شود.»

جورج و «رابرت ریچی» از آزمایشگاه ملی برکلی و دانشگاه کالیفرنیا، برکلی مشغول تحقیق روی گروهی از مواد موسوم به آلیاژهای آنتروپی بالا (HEA) بودند که شامل عناصر مختلف با نسبت‌های یکسان هستند. یکی از این آلیاژها CrMnFeCoNi است که دانشمندان قبلاً متوجه استحکام و شکل‌پذیری بالای آن در دمای نزدیک به نیتروژن مایع شده بودند. حالا محققان اشتقاقی را از این آلیاژ موسوم به CrCoNi پیدا کرده‌اند که ویژگی‌های آن حتی از والدش جذاب‌تر است.

آن‌ها برای بررسی این آلیاژ سطح استانداردهای خود را از سنجش‌های CrMnFeCoNi فراتر بردند و CrCoNi را در دمای هلیوم مایع آزمایش کردند. ریچی درباره نتیجه این آزمایش‌ها می‌گوید: «چقرمگی این ماده در نزدیکی دمای هلیوم مایع [منفی 253 درجه سلسیوس] به 500 مگاپاسکال متر ریشه مربع می‌رسد.»

سخت‌ترین ماده از نظر مقاومت در برابر شکست

برای مقایسه باید گفت که چقرمگی سیلیکون 1، آلومینیوم هواپیماهای مسافربری حدود 35 و برخی از بهترین فولادها نزدیک 100 است. بنابراین رقم 500 بسیار بالا محسوب می‌شود. دانشمندان برای بررسی CrCoNi در سطح اتمی از انکسار نوترونی، بازتاب پراکنش الکترونی و میکروسکوپ الکترون عبوری استفاده کردند.

به عبارت دیگر، آن‌ها این آلیاژ را شکافتند و بررسی کردند که چقدر فشار نیاز است تا شکست گسترش پیدا کند. زمانی که نیرو به یک فلز وارد می‌شود، مرزهای میان اتم‌ها جابه‌جا می‌شوند و اجازه می‌دهند ماده تغییر شکل پیدا کند. آلیاژ کروم، کبالت و نیکل از این حیث الگوهای اتمی خاصی دارد که مقاومت آن را در برابر شکست افزایش می‌دهد.

محققان حالا می‌خواهند تحقیق کنند تا ببینند از این ماده می‌توان چه استفاده‌هایی کرد و چه آلیاژهای آنتروپی بالای دیگری با ویژگی‌های مشابه وجود دارند. نتایج این پژوهش در مجله Science منتشر شده است.