Создан способ производства сверхпрочных металлов без ущерба их электропроводности

Все металлы обладают дефектами структуры, которые в конечном итоге сказываются на их прочности – чем больше дефектов в металле, тем он более мягкий или ломкий. Для решения этой проблемы ученые создают новые металлические сплавы. Такой подход позволяет получать более прочные металлические соединения, но в то же время приводит к потере показателя их электропроводности. А это в свою очередь ограничивает возможности использования новых сплавов в различных задачах. Последнее открытие американских ученых предлагает решение этого вопроса. Об открытии сообщается в статье, опубликованной журналом Nature Materials.

Кусочек нового серебряного сплава в руках соавтора исследования Фредерика Сансоза

Электропроводность – свойство материала проводить электрический ток. Имеет очень важное значение при производстве различной электроники.

Авторами открытия стали исследователи из Вермонтского университета, которые разработали механизм производства новых сплавов, позволяющий делать металлы намного прочнее, но в то же время сохранять их электропроводность.

Как создать прочный и электропроводящий металл

Решение проблемы оказалось на удивление довольно простым. Для примера ученые на наноуровне смешали следовое (другими словами, очень незначительное) количество меди с серебром и в результате смогли получить самый прочный серебряный сплав — он на 42 процента прочнее любого серебряного сплава из существующих сегодня. Но и это не самое главное. Главное заключается в том, что став прочнее, серебро при этом не потеряло своего свойства электропроводности. Напомним, что серебро само по себе обладает самым высоким показателем электропроводности среди металлов.

Модель атомной структуры зерен (частиц) серебра с вкраплениями меди (отмечены зеленым), которая заполняет дефекты металла

Благодаря новому методу производства ученым удалось преодолеть так называемый теоретический предел Холла-Петча, который сохранялся в течение последних 70 лет. Его еще называют законом Холла-Петча. Согласно этому пределу, чем меньше становятся зерна (частицы) металла, тем прочнее становится структура вещества. Однако существует некоторое ограничение. Когда зерна металла становятся слишком маленькими – размером несколько нанометров – границы этих зерен становятся нестабильными, начинаются двигаться и деформироваться, что приводит к тому, что металл снова «размягчается».

Также интересно: Ученые открыли металл для создания электроники будущего

Ученые смогли преодолеть этот предел, создав то, что они называют «нанокристаллическим нанотонированным металлом». Так как атомы меди по размерам несколько меньше атомов серебра, то они способны проникать в дефекты структуры на границах зерен серебра. Это предотвращает дефекты его структуры от движения, делая металл прочнее. В то же время частицы меди не создают проблем для движения электронов через серебро, позволяя металлу сохранять его электропроводность.

Это новый класс материалов и мы только начинаем понимать, как они работают, — комментирует Фредерик Сансоз.

По словам исследователей, новый подход в производстве сплавов может применяться не только для серебра, но и для других металлов. Что же касается сферы использования, то новый метод может однажды эффективно применяться, например, при производстве более эффективных солнечных панелей, более легких фюзеляжей для самолетов и даже при строительстве более надежных ядерных электростанций. Думается, это не единственные варианты использования.