Vědci vytvořili supertvrdé kovy spojováním kovových nanočástic  
Tvrdost kovu záleží na zrnitosti jeho mikrostruktury. Když se tvrdý kov vyrábí tradičními postupy, tak je to náročné a výsledek není úplně zaručený. Použití technologie spojování nanočástic zaručuje, že nově vzniklý kov bude mít velmi jemnou a homogenní strukturu.
Zlatá „mince“ z nanočástic zlata. Kredit: Chen Lab / Brown University.
Zlatá „mince“ z nanočástic zlata. Kredit: Chen Lab / Brown University.

Tvrdost kovů je obvykle určená zrnitostí materiálu v mikroskopickém měřítku. Čím jemnější jsou zrna, tím je dotyčný kov tvrdší. Když někdo chce vyrobit tvrdý kov, tak se k tomu v dnešní době používají především „makroskopické“ technologie zpracování kovu, jako je kování, ohýbání nebo kroucení.

 

Ou Chen s týmem z americké Brown University na to šli jinak. Jejich postup vychází z mikroskopické strukturu kovu a výsledkem je mnohem tvrdší kov, než jaký vytvářejí soudobé „makroskopické“ postupy. Jak uvádí Chen, tyto technologie se snaží zjemňovat zrnitost materiálu hrubou silou a je pro ně velmi obtížné nějak nastavit výslednou zrnitost materiálu.

 

Ou Chen. Kredit: Brown University.
Ou Chen. Kredit: Brown University.

Tým Brown University vytváří tvrdé kovy z nanočástic dotyčného kovu, které uspořádají do stavebních bloků. Když se tyto bloky nanočástic stlačí k sobě, tak vytvoří extrémně pevný kov s uniformně zrnitou strukturou. Velikost zrn přitom může být velmi přesně nastavena, podle dalšího využití vyráběného kovu.

 

Badatelé museli vyřešit problém s organickými ligandy, které bývají navázané na povrchu kovu a brání tomu, aby se částice kovu mezi sebou navzájem pevně vázaly. Proto vyvinuli chemický postup, který odstraní ligandy z povrchu kovových částeček. Takové nanočástice je pak možné snadno spojit pomocí sintrování (pressure-sintering) tlakem.

 

Chen s kolegy tímto postupem vyrobili z nanočástic kusy kovu ve tvaru mince. Používali přitom různé kovy, jako například zlato, stříbro a paladium. V následujících testech zjistili, že tyto „mince“ jsou podstatně tvrdší, než by byly při tradiční výrobě. Například jejich zlaté „mince“ jsou asi čtyřikrát tvrdší. Ostatní fyzikální vlastnosti „mincí“ z nanočástic jsou více či méně stejné, jako když by byly vyrobeny tradičně.

 

Vědci rovněž prokázali, že tímto novým postupem lze vyrábět i kovová skla (metallic glass), tedy kovové materiály s amorfní strukturou. Doposud bylo přitom velmi obtížné, ne-li nemožné, vyrábět kovová skla z jediného kovu. Většina dnešních kovových skel jsou tudíž slitiny. Chen a spol. ale dokázali z amorfních nanočástic paladia vyrobit kovové sklo, které je tvořené čistě paladiem.

 

Brown University, logo.
Brown University, logo.

Nově vyvinutý postup pro výrobu tvrdého kovu spojováním nanočástic v současné podobě zvládne výrobu kusů kovu o centimetrových velikostech. To je možné využít při výrobě supertvrdých ochranných povrchů pro exponované komponenty, elektrod a dalších kovových výrobků vhodné velikosti. Zároveň prý nebude problém vyrábět i větší kusy tvrdého kovu z nanočástic, přičemž by to měly zvládnout i naše soudobé průmyslové provozy.

 

Literatura

Brown University 21. 1. 2021.

Chem 21. 1. 2021.

Datum: 01.02.2021
Tisk článku

Přehled středoškolské fyziky - Svoboda E.
 
 
cena původní: 398 Kč
cena: 354 Kč
Přehled středoškolské fyziky
Svoboda E.
Související články:

Platina se zlatem tvoří slitinu, která je mechanicky nejodolnější na světě     Autor: Stanislav Mihulka (18.08.2018)
Nanotechnologie umožní svářet doposud nesvařovatelnou slitinu hliníku     Autor: Stanislav Mihulka (28.01.2019)



Diskuze:

Nic nového pod sluncem

Milan Vnouček,2021-02-01 12:14:55

"Nanočástice jsou malé monokrystaly, ve kterých krom jediné šroubové dislokace nejsou žádné jiné poruchy. Jejich pevnost dosahuje blízko teoretické pevnosti struktury." Takže co je nového je spíše spojování těchto částic tak, aby zůstali samostatnou entitou. Problém jsou spíše hranice zrn vs. difuze při popisovaných procesech sintrace - proto potřebovali čistý povrch. Při tom následném mordování se pak uplatňují jiné principy deformace -např. natáčení celých (nano) zrn, což bych očekával zase vyšší hodnoty než bylo dosaženo.
Velmi vtipné je používání kovů s kubickou plošně středěnou mřížkou (zlato a spol.), u kterých ty nanočástice vyrobí relativně snadno a takové jaké chtějí. Horší je to už u kovů, které používáme "na tu tvrdost (W,V,Cr,Mo) " - tam krom velikosti budou mít problém i s morfologií částic.

Ale jak praví klasik peníze byly utraceny, výsledek publikován a jsou to grantové peníze takže vše je v pořádku....

Odpovědět


Re: Nic nového pod sluncem

Lukáš Hájek,2021-02-02 19:56:27

Při čtení vašeho komentáře jsem si říkal, pěkný, metalurg co se vyzná, v duchu jsem chválil. Poté jsem se dočetl k té poslední větě a říkám si, no jo zase si někdo neodpustil štiplavou poznámku, a poté jsem se dočetl ke jménu a bylo mi to jasné. Milan Vnouček, člověk co si nikdy neodpustí zapojit svoje neměřitelné ego do čehokoli. Ani nevíte jak se mi ulevilo, když jsem opustil univerzitu a přestal vás tam potkávat, následně se ulevilo celé katedře, poté co jste jí opustil, zato v jaderce jste prý pěkný trn v patě. A vůbec komentovat ve 12:14:55 neměl byste se tou dobou věnovat práci pro svého zaměstnavatele, namísto komentování na internetu.

Odpovědět


Re: Re: Nic nového pod sluncem

Milan Vnouček,2021-02-05 12:47:06

dobrý den,
na osobní invektivy nemá smysl reagovat....
To co jsem napsal je psáno "populárně" - ne tak jak se píšou články do Nature. Pokud jsem měl možnost si přečíst článek v originálu tak byla použita stejná argumentace co v českém překladu, a proto můj komentář ve smyslu vyhozených peněz. Pokud by použily jinou interpretaci a argumentaci tak prosím.

Na podobný problém narazil už pan Cihář v 80-tých letech, prof. Musil a Vlček + jejich tehdejší doktorandi (ano oba z KFY-ZČU v 90 a 00 tých letech u nanokrystalických tenkých vrstev) a konečně si můžete přečíst doktorskou práci Dr. Bricína 3D tisk velikostně podobných částic WC. V žádné z publikací se o tom přímo nepíše, ale pokud si je prostudujete (a i podobné články o ultrajemných strukturách)tak si ten obrázek uděláte sám.

pokud budete mít "ODBORNÝ" argument račte to sem napsat pokusím se i "ODBORNĚ" odpovědět

Odpovědět


Re: Nic nového pod sluncem

Radoslav Porizek,2021-02-05 18:54:26

V clanku sa spomina tvrdost, vy spominate pevnost.

A priznam sa, ze ja si momentalne neviem spomenut, konkretne aku odolnost materialu si mam pod tou "mechanical hardness" z orginalu vlastne predstavit.

Co sa pamatam, tak zrnitost materialu ovplyvnuje hlavne pevnost materialu, zatial co tvrdost je urcena hlavne silou chemickych vazieb.

Myslite, ze by ste mi mohli pomoct s objasnenim?

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace