چین ادعا می‌کند با سوراخ کردن طلا، طلای فوق‌العاده مقاوم ۱۰۰٪ ایجاد کرده است
دانشمندان چینی یک روش نوآورانه برای تولید طلای خالص که ویژگی‌های سبک‌وزنی را با مقاومت فوق‌العاده ترکیب می‌کند، رونمایی کرده‌اند.
این روش نوآورانه توسط پژوهشگران آزمایشگاه ملی علوم مواد شنیانگ توسعه یافته و شامل ایجاد حفره‌های کوچک یکنواخت در فلز جامد است.
نتایج این پژوهش می‌تواند تأثیر چشمگیری در صنایع هوافضا، خودروسازی و الکترونیک مصرفی داشته باشد، جایی که نیاز مبرمی به مواد مقاوم و سبک وجود دارد.
علم پشت این نوآوری
به طور سنتی، تکنیک‌های فرم‌دهی فلزات همچون ریخته‌گری، جوشکاری و چاپ سه‌بعدی به منظور حذف حباب‌های داخلی در فلزات طراحی شده‌اند. زیرا این حباب‌ها معمولاً به عنوان نقص‌های اساسی در مواد شناخته می‌شوند.
مهندسان همواره با دقت فراوان از این حفره‌ها اجتناب کرده‌اند زیرا تأثیر منفی بر مقاومت فلز، کاهش دوام در اتصالات و ضعیف کردن سطح ظاهری دارند.
با این حال، تیم تحقیقاتی به رهبری جین هایجون در آکادمی علوم چین (CAS) این دیدگاه را تغییر داده است. در عوض حذف این حفره‌ها، آن‌ها اندازه، شکل و توزیع آن‌ها را تنظیم کرده‌اند. پژوهشگران دریافتند که این روش می‌تواند علاوه بر کاهش اثرات منفی حباب‌ها، مزایای غیرمنتظره‌ای نیز به همراه داشته باشد.
برنت گروچولسکی، ویراستار ارشد مجله Science به نقل از South China Morning Post گزارش داده است: «این یافته نشان‌دهنده یک روش جذاب برای دستکاری خواص جامدات است.» این تحقیق نشان می‌دهد که چگونه دیدگاه سنتی درباره حباب‌ها به عنوان نقص‌های مواد می‌تواند به منظور بازگشایی قابلیت‌های جدیدی برای مواد بازنگری شود.
افزایش مقاومت قابل توجه با نانوحفره‌ها
این تیم از طلا به عنوان مواد مدل برای توسعه تکنیک خود استفاده کرد و با یک فرآیند خوردگی دی‌آلیاژی، طلای متخلخل یکنواختی ایجاد کرد. با فشرده‌سازی و سپس تبرید و گرمایش مجدد فلز، پژوهشگران ماده جدیدی با نانوحفره‌های پخش شده کوچک‌تر از ۱۰۰ نانومتر ایجاد کردند.
آزمایش‌ها نشان دادند که افزودن نانوحفره‌ها با حجم ۵ تا ۱۰ درصد منجر به افزایش ۵۰ تا ۱۰۰ درصدی مقاومت طلا می‌شود. این ماده تقویت شده می‌تواند بارهای بیشتری را تحمل کند و پلاستیسیتیه خوبی را حفظ کند. در برخی موارد، پلاستیسیتیه حتی از طلای کاملاً متراکم با اندازه مشابه فراتر رفت.
جین هایجون توضیح داد: «این بهبود به دلیل کمک نانوحفره‌های پراکنده به کاهش تمرکز تنش و خستگی در اطراف حفره‌ها است که مانع از آغاز ترک‌ها می‌شود.»
«سطح ویژه بزرگ این ماده تعاملات بین سطح و جابجایی‌ها را تسهیل می‌کند که مقاومت و نرخ سختی تغییر شکل را بهبود می‌بخشد و این باعث می‌شود پلاستیسیتیه نیز بهبود یابد»، جین افزود. توزیع استراتژیک این نانوحفره‌ها به تعادل مقاومت و الاستیسیته مواد کمک می‌کند.
تأثیرات زیست محیطی و صنعتی
روش کاهشی مورد استفاده در این تحقیق در مقایسه با روش‌های سنتی که مقاومت را با افزودن عناصر آلیاژی سبک‌تری مانند آلومینیوم یا لیتیوم افزایش می‌دهند، قرار می‌گیرد. روش جدید ارائه‌دهنده یک استراتژی دوستدار محیط زیست و مقرون به صرفه برای تقویت فلزات بدون افزودن وزن اضافی یا آلودگی است. نانوحفره‌های پراکنده تراکم طلای خالص را بیش از ۱۰ درصد کاهش می‌دهند که به سبک‌وزنی و قابلیت بازیافت آن کمک می‌کند.
این روش نوآورانه همچنین خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اساسی طلا، از جمله هدایت حرارتی و الکتریکی و مقاومت در برابر خوردگی را حفظ می‌کند.
جین یادآور شد: «برای مثال، طلا با نانوحفره‌ها می‌تواند به عنوان مواد اتصالات یا تماس‌ها در الکترونیک استفاده شود.»
جین نتیجه‌گیری کرد: «این استراتژی تقویت می‌تواند برای سایر فلزات و آلیاژهای مهندسی نیز اعمال شود، به شرط اینکه نانوحفره‌ها به طور مؤثری در مواد ترکیب شوند، با کاربردهای بالقوه در چندین زمینه.»
نتایج در مجله Science منتشر شده‌اند.
