O echipă de cercetători anunță că a creat un nou aliaj din crom, cobalt și nichel, de peste o sută de ori mai tenace decât grafenul. Materialul, publicat cu detalii în revista Science, este acum considerat cel mai robust de pe Pământ și deschide un câmp larg de aplicații.
Miza pare simplă, dar e una dintre cele mai grele din știința materialelor: găsirea unor structuri care nu cedează la temperaturi extrem de scăzute. În explorarea spațiului, dar și în alte domenii sensibile la frig intens, această proprietate face diferența între un sistem sigur și unul vulnerabil.
În urmă cu câteva luni, cercetători de la Universitatea din California, Berkeley, au sintetizat un astfel de material. Este un aliaj crom–cobalt–nichel, un exemplu de „aliaj cu entropie ridicată”.
Spre deosebire de aliajele obișnuite, construite în jurul unui element principal la care se adaugă cantități mici din altele, aliajele cu entropie ridicată amestecă în proporții egale fiecare componentă.
Rezultatul, în acest caz, este un material remarcabil de maleabil, sau ductil: se îndoaie sub presiune, întârziind apariția și propagarea fisurilor. Mai multe mecanisme cheie susțin această comportare.
Unul dintre ele, de pildă, deplasează dislocațiile atomice în rețeaua aliajului pe măsură ce crește solicitarea. „Fiecare mecanism intră în joc într-o etapă ulterioară, atunci când sporești presiunea asupra materialului”, explică autorii. „Este rețeta perfectă pentru o tenacitate ridicată.”
Surpriza majoră a venit la temperaturi criogenice. Cercetătorii au coborât întâi în jurul valorii de –196°C. În loc să devină casant, materialul a devenit mai robust. Apoi i-au testat limitele la –253°C, folosind heliu lichid.
Cu ajutorul difractometriei de neutroni – o tehnică ce urmărește cum difractează neutronii la trecerea prin materie – au observat în timp real cum se formează și evoluează fisurile pe măsură ce presiunea crește.
La microscop, traseul fracturii în aliajul de cobalt, crom și nichel, forțat la –253°C, dezvăluie această „coregrafie” internă care oprește ruperea. Comparațiile sunt grăitoare. „Se vorbește mult despre tenacitatea grafenului.
Este măsurată la doar patru megapascali pe metru”, spune Robert Ritchie, coautor al studiului. „Tenacitatea aliajelor de aluminiu folosite în avioane este de treizeci și cinci de megapascali pe metru. Acest material are o tenacitate de 400 până la 500 de megapascali pe metru… Sunt cifre uluitoare.”
Un neajuns cunoscut al grafenului este că își păstrează performanța la scări nanometrice. De data aceasta, eșantioanele din aliajul de crom, cobalt și nichel au avut dimensiunea unui pachet de țigări, un indiciu solid că aplicațiile criogenice pot ieși din laborator și intra în uzul cotidian.
Direcțiile posibile sunt clare: de la infrastructură spațială, la containere rezistente la fracturi pentru tehnologii de energie curată. Există, totuși, un cost.
Două dintre cele trei elemente – nichelul și cobaltul – sunt scumpe, iar acest lucru ar putea limita utilizarea pe scară largă a aliajului.
