Tato jednoduchá slitina je nejtvrdším materiálem na světě

Jednoduchá slitina získala pomyslnou „korunu“ pro nejtvrdší materiál, jaký byl kdy zaznamenán. V nové studii tým vedený výzkumníky z Berkeley Lab provedl řadu testů a zjistil nejen její neuvěřitelnou houževnatost, ale také vysokou pevnost a tažnost, které se na rozdíl od většiny známých materiálů zlepšují při nižších teplotách, jak uvádí server New Atlas.

Slitina obsahuje chrom, kobalt a nikl (CrCoNi) a patří do třídy kovů nazývaných slitiny s vysokou entropií (HEA). Většina slitin se skládá z jednoho dominantního prvku s přídavkem menšího množství ostatních, ale HEA obsahují stejné množství každého prvku. Díky tomu mohou mít působivé vlastnosti, jako je vysoký poměr pevnosti k hmotnosti, modul pružnosti, který roste s teplotou, nebo ultrapevnost a tažnost.

V předchozí práci vědci zjistili, že slitina CrCoNi vykazuje vysokou pevnost a houževnatost při nízkých teplotách kolem -196 °C. V rámci nové studie tým zkoumal, jak obstojí při ještě nižších teplotách -253 °C, při kterých existuje helium jako kapalina. A skutečně, jeho houževnatost dosáhla nových výšin, pokud jde o zabránění šíření trhlin.

„Houževnatost tohoto materiálu v blízkosti teplot kapalného helia dosahuje až 500 megapascalů na metr čtvereční,“ uvedl Robert Ritchie, spoluvedoucí výzkumník studie. „Ve stejných jednotkách je houževnatost kousku křemíku jedna, hliníkového rámu v osobních letadlech asi 35 a houževnatost některých nejlepších ocelí se pohybuje kolem 100. V tomto případě je houževnatost křemíku na úrovni 1,5 mm. Takže 500 je ohromující číslo.“

Za normálních okolností jsou materiály při nižších teplotách křehčí, a proto tým zkoumal, jak je možné, že slitina CrCoNi tak dobře odolává. Ke zkoumání struktury krystalové mřížky slitiny pod vlivem síly použili několik typů mikroskopie.

Ukázalo se, že slitina CrCoNi získává svou chladnou houževnatost díky řadě atomových interakcí, které probíhají ve specifickém sledu. Nedokonalosti v krystalech se působením síly posouvají, dokud nevytvoří překážky, které působí na zvýšení odolnosti proti této síle. V posledním kroku procesu se krystalová struktura změní z kubické na hexagonální.

Tým tvrdí, že houževnatost materiálu při neuvěřitelně nízkých teplotách by mohla být užitečná pro objekty, které pracují v extrémních prostředích, jako je hluboký vesmír. Výzkum byl publikován v časopise Science.

Zdroj: redakce, newatlas.com, science.org