Nowy sposób łączenia metali w nanokryształową strukturę, łączenia metali w nanokryształową strukturę, nanokryształowe struktury metali

Nowy sposób łączenia metali w nanokryształową strukturę. Na papierze to rewolucja

Ostatni wysiłek zespołu inżynierów z ETH Zurich, którego szczegóły przeczytacie w publikacji zamieszczonej w dzienniku Science Advances, obejmuje opracowanie zupełnie nowej, prostej metody łączenia metali w nanokryształową strukturę. Nie brzmi to wprawdzie zbyt rewolucyjnie na pierwszy rzut oka, ale wystarczy wgryźć się głębiej, żeby zrozumieć potencjał drzemiący w materiałach, których produkcja z udziałem tego procesu nie będzie skomplikowana. 

  • Naukowcy wpadli na nowy sposób łączenia dwóch metali w nanokryształowe struktury
  • Wykorzystano do tego zjawisko amalgamacji, w którym stapia się amidy z innym metalem w nanokryształowej formie
  • Na papierze to rewolucja, pozwalająca wykroczyć ponad potencjał drzemiący w stopach metali

Nanokryształy + stopy metali = teoretyczna materiałowa rewolucja

Nanokryształowe struktury nie są niczym nowym w świecie nauki materiałowej, bo już dawno okazało się, że kiedy tylko zmniejszy się normalne kryształy do wielkości rzędu nanometrów (10-9 metra), te zaczynają wykazywać nowe właściwości fizykochemiczne. W połączeniu tych struktur z wszechstronnymi metalami, na których ludzkość oparła całą masę gałęzi przemysłu, drzemie ogromny potencjał, wymagający jednak niezliczonych testów i otwartych umysłów badaczy. 

Czytaj też: Złożone obliczenia kwantowe przeprowadzono na klasycznym komputerze

W zasięgu ręki są bowiem mieszanki dwóch odmiennych, różnych od siebie metali w jednej strukturze nanokrystalicznej. Tego typu materiały mogą zrewolucjonizować przemysł półprzewodnikowy, akumulatorowy czy nawet doprowadzić do opracowania lepszych katalizatorów. Łączenie ze sobą metali w ramach „międzymetalicznych nanokryształów” pozwoli inżynierom wyjść ponad precyzyjne dostrajanie przewodności czy wytrzymałości konkretnych par, jak to ma miejsce w przypadku stopów metali. Teoretyczny potencjał jest więc ogromny. Jednak zważywszy na fakt, że do tej pory powstało tylko kilka kombinacji z potencjalnie dziesiątek tysięcy, trudno jednoznacznie go wskazać. To jednak zmieni się w najbliższej przyszłości, dzięki wykorzystaniu w procesie zjawiska amalgamacji. 

Czytaj też: Droga Mleczna zawiera sporą strukturę o nieznanym pochodzeniu

Proces nie wydaje się skomplikowany, ale nie poznaliśmy szczegółów na temat ewentualnej masowej produkcji

Naukowcy sami zdziwili się, że jako pierwsi na to wpadli. Sami twierdzą, że ten pomysł był „zbyt intuicyjny, żeby ktoś wcześniej tego nie próbował”. Wspomniana amalgamacja sprowadza się do przemiany metalu ze stanu stałego do ciekłego w drugim metalu w postaci płynnej, którego temperatura topnienia powinna być możliwie najniższa. Dlatego do udowodnienia teorii wykorzystano gal, topiący się już przy 30 stopniach Celsjusza, który połączono ze złotem, srebrem, miedzią, niklem i palladem. Ten ostatni też okazał się świetną bazą, a zespół połączył go z indem i cynkiem. 

Jesteśmy zdumieni, jak wydajna jest amalgamacja w nanoskali. Posiadanie jednego ciekłego metalu jest kluczem do szybkiego i jednolitego tworzenia stopu w każdym nanokrysztale.

– mówi Maksym Yarema, główny autor badania.

Czytaj też: Rozszyfrować „niepotrzebną złożoność” – przełom w dekodowaniu DNA

W swoich praktycznych testach zespół bazował na nanokryształach jednego metalu, do którego dodali amidy zawierające drugi metal, a następnie podgrzali mieszaninę do 300°C. W pierwszym etapie spowodowało to rozpad wiązań chemicznych w amidzie i zgromadzeniu się drugiego w postaci cieczy na powierzchni nanokryształów. Wkrótce po tym, atomy obu metali rozpraszają się w regularny sposób i tak uzyskuje się nowy materiał.