Серебро — очень полезный, но мягкий металл. Настолько мягкий, что из чистого серебра никогда не делают украшения. Примеси для придания металлу разных свойств называют лигатурами, а их содержание показывают пробой. Учёные постоянно экспериментируют с новыми лигатурами, чтобы сделать серебро прочнее и получить возможность использовать его полезные свойства в новых областях.
Особых успехов добились исследователи американского Университета Вермонта. Они превысили рекорд прочности и повысили её теоретический предел, использовав новую методику добавления в сплав меди. Ещё одним преимуществом оказалось сохранение высокой электропроводности, которая обычно падает из-за добавок.
Мы обнаружили новый механизм, работающий на наноуровне, который позволяет нам производить металлы (имеются в виду сплавы — прим. ред.) намного прочнее прежних, не теряя их электропроводности, —говорит глава исследовательской группы Фредерик Сансоз (Frederic Sansoz).
Любой металл представляет собой поликристаллический материал, то есть состоит из кристаллических лоскутов разных форм. Атомы внутри лоскутов связаны друг с другом намного прочнее, чем сами лоскуты. Прочность металлических структур страдает из-за слабой связи этих лоскутов.
Атомы меди (показаны зелёным), расположенные вдоль границ зёрен (снизу) и внутри дефектов структуры (длинные нити, идущие вверх).
Почти 70 лет по сегодняшний день учёные пользовались Законом Холла-Петча: чем меньше лоскуты (их ещё называют зёрнами), тем прочнее металл. Их уменьшали, но на размерах в десятки нанометров появилась проблема нестабильности границ, которая вылилась в снижение прочности.
В Университете Вермонта научились вводить в сплав небольшое количество меди (менее 1%), преобразовывая наноразмерные дефекты материала в мощную внутреннюю структуру. Примеси напрямую связаны с этими дефектами; контролируя их, можно контролировать границы лоскутов. Таким образом, учёные обернули дефекты достоинствами: при сохранении электропроводности сплав стал на 42% крепче.
Примеси атомов меди располагаются вдоль границ раздела, но не встревая между ними, — объясняет Сансоз. — Таким образом, они не мешают электронам, которые движутся сквозь [вещество].
Открытие может привести к новым технологическим достижениям, от более лёгких и экологичных самолётов до более эффективных солнечных батарей. Новые сферы применения серебра могут увеличить его потребление, что, в свою очередь, потенциально приведёт к росту цены металла, в том числе в ювелирных украшениях.
Свежий подход работает для упрочнения не только серебра, но и других металлов с двойниковыми границами, которые разделены дистанцией менее семи нанометров, то есть где лоскуты удалены друг от друг на расстояние нескольких атомов.
Следите за нашими новостями в Facebook, Instagram, ВКонтакте и Одноклассниках!