شیشه فلز بسیار انعطاف پذیر

[box type=”shadow” align=”alignright” ]

دانشمندان دانشگاه کارولینای جنوبی برای بدست آوردن ماده جدید که بسیار انعطاف پذیر است، ابتدا پودر کامپوزیت آهن را تا دمای 630 درجه سانتی گراد گرم کردند و سپس آن را سریع سرد کردند. با انجام این کار آنها به حالتی خاص برای فلزات شیشه ای دست یافتند که می تواند منجر به ایجاد ساختار منحصر به فردی شود. [/box]

شیشه های فلزی یا BMG ها مواد مصنوعی هستند که به دلیل آرایش نامنظم اتمی، استحکام و سختی بیشتری نسبت به فلزات معمولی دارند. اکنون دانشمندان موفق به تولید ماده ای با بالاترین ضریب الاستیسیته در میان فلزات شیشه ای شده اند که می تواند در آینده کاربردهای گسترده ای در مته دریل ها، زره ها و پوشش های مقاوم در برابر شهاب سنگ ها برای ماهواره ها داشته باشد.

فلزات معمولی ساختار کریستالی منظمی در مقیاس اتمی دارند و اتم ها به شکل مرتبی در ساختار شبکه سه بعدی قرار گرفته اند. به همین دلیل هنگامی که نیرویی بر لایه های اتمی وارد می شود، لایه هایی اتمی از مقابل هم عبور کرده و در نتیجه فلز خمیده می شود.

به عکس هنگامی که فلزات شیشه ای در معرض نیروهای بزرگ قرار می گیرند به دلیل ساختار نامنظم خود می توانند شکل خود را حفظ کنند. فلزات شیشه ای با گرم کردن سریع فلز تا درجه حرارت بالا و ایجاد بی نظمی در چیدمان اتم ها و سپس سرد کردن سریع ماده ایجاد می شوند.

دانشمندان دانشگاه کارولینای جنوبی برای بدست آوردن ماده جدید که بسیار انعطاف پذیر است، ابتدا پودر کامپوزیت آهن را تا دمای 630 درجه سانتی گراد گرم کردند و سپس آن را سریع سرد کردند. با انجام این کار آنها به حالتی خاص برای فلزات شیشه ای دست یافتند که می تواند منجر به ایجاد ساختار منحصر به فردی شود.

ورونیکا الیاسون نویسنده اصلی مقاله چنین می گوید: ” این ماده مشابه با شیشه است و تقریبا هیچ ساختاری ندارد اما نواحی ظریف متبلور شده در آن دیده می شود. ما در حال حاضر نمی دانیم چرا نواحی متبلور شده کوچک چنین تاثیری در تحمل ماده به شوک ایجاد می کنند.”

تیم پژوهشی نام ماده جدید خود را SAM2X5-630 و بیان می کند که این ماده می تواند ضربه های سنگینی را بدون ایجاد تغییر شکل تحمل کند حتی زمانی که بیشتر از حد الستیک به آن نیرو وارد می شود. پژوهشگران حد الاستیک هوگونيوت را برای این ماده یافته اند که نشان دهنده ماکزیمم شوک قابل تحمل به وسیله ماده بدون ایجاد تغییر شکل برگشت ناپذیر است و مقدار آن برابر با 11.76 گیگا پاسکال  است. این عدد بیشتر مقدار 0.2 گیگا پاسکال برای فولاد زنگ نزن و 4.5 گیگا پاسکال برای کاربید تنگستن است که در زره های نظامی مورد استفاده قرار می گیرند.

الیاسون می گوید: ” به طور اخص، این واقعیت که ماده جدید عملکرد بسیار خوبی در برابر شوک دارد بسیار ترغیب کننده است و می تواند فرصت های پژهشی بسیاری را در آینده ایجاد کند.”

نتایج این تحقیقات در ژورنال Nature Scientific Reports به چاپ رسیده است.

[box type=”info” align=”alignright” width=”1124″ ]منبع : www.gizmag.com [/box]

[divider]

Highly elastic metallic glass

Bulk metallic glasses (BMGs) are artificial materials that boast superior strength and hardness to conventional metals due to a jumbled arrangement at the atomic level. By tweaking this recipe just a little, researchers have been able to produce a bouncy material with the highest degree of elasticity of any BMG, something they say could come to form everything from new drill bits and body armor to meteor-resistant satellite casings.

Natural metals feature an organized crystalline structure at the atomic level, where atoms are neatly arranged on top of each other to form three-dimensional lattice structures. Because of this, when force is applied the layers of atoms can move past one another and the metals can be bent out of shape.

Conversely, BMGs are able to withstand larger forces while retaining their shape due to a disorganized arrangement of the atoms within. This is achieved through first rapidly heating the material to extreme temperatures to stimulate the atoms into a frenzied arrangement, and then very quickly cooling the material to freeze them in place.

In developing their flexible new material, scientists at the University of Southern California heated a powdered iron composite to precisely 630° C (1,166° F) and then rapidly cooled it. In doing so, they appear to have happened upon a sweet spot for BMGs, resulting in a material with just the right amount of structure.

“It has almost no internal structure, like glass, but you see tiny regions of crystallization,” says Veronica Eliasson, lead author of the paper. “We have no idea why a small amount of crystalline regions in these bulk metallic glasses makes such a big difference under shock loading.”

The team has labeled its new material SAM2X5-630, and says that it can endure heavy impacts without deforming, even when pushed beyond its elastic limits. The researchers found that the Hugoniot Elastic Limit for the material, which denotes the maximum shock it can withstand without irreversibly deforming, to be 11.76 ± 1.26 GPa. This is much higher than stainless steel at 0.2 GPa, and even the tungsten carbide used in military armor at 4.5 GPa.

“In particular, the fact that the new materials performed so well under shock loading was very encouraging and should lead to plenty of future research opportunities,” says Eliasson.

The team’s research was published in the journal Nature Scientific Reports.