Khám phá ra quy tắc mới trong khoa học vật liệu

quy_tac_vat_lieu(Hóa học ngày nay-H2N2)-Từ lâu, các nhà khoa học vật liệu đã biết rằng độ cứng của kim loại (điểm yếu của nó) bị chi phối bởi các tương tác gây thay đổi vị trí, hay sự giao thoa hỗn loạn giữa các đường đứt đoạn di chuyển hoặc gợn sóng bên trong các tinh thể kim loại. Nhưng điều gì sẽ xảy ra khi các kim loại được gia công ở kích cỡ nano? Liệu có một phương pháp nào để khiến cho kim loại cứng và dễ uốn hơn bằng cách điều khiển các cấu trúc cỡ nano của chúng?

Giờ đây, các nhà khoa học của trường Đại học Brown, Mỹ, đã khám phá ra phương pháp này. Nhóm nghiên cứu vừa công bố một cơ chế mới quy định độ cứng đỉnh của các kim loại có cấu trúc nano. Bằng cách thực hiện các mô phỏng nguyên tử 3 chiều của các hạt bị phân tách của các kim loại có cấu trúc nano, nhóm nghiên cứu đã quan sát được những sự chuyển vị này tự tổ chức lại theo các mô hình hình vòng cổ, có trật tự cao trên khắp vật liệu. Hạt nhân của mô hình chuyển vị này chính là sự quyết định độ cứng đỉnh của các vật liệu.

Khám phá này sẽ mở ra những hướng mới để sản xuất ra các kim loại dẻo và cứng hơn. Nhóm nghiên cứu cho biết, đây là lý thuyết mới quy định độ cứng trong khoa học vật liệu. Điểm quan trọng là nó đã cho thấy một cơ chế mới về độ cứng của vật liệu, là duy nhất đối với các vật liệu có cấu trúc cỡ nano.

Chia tách một hạt kim loại bằng cách sử dụng một kỹ thuật chuyên biệt, các mảnh này sẽ cho thấy các ranh giới bên trong hạt được các nhà khoa học gọi là các ranh giới kép. Chúng thông thường là các bề mặt tinh thể, phẳng, phản ánh các hướng tinh thể quanh chúng. Khi nhóm nghiên cứu tạo ra các ranh giới kép nano ở đồng và phân tích khoảng trống giữa các ranh giới thì họ nhận thấy một hiện tượng thú vị: đồng trở nên cứng hơn khi khoảng trống giữa các ranh giới giảm xuống 100 nanomet, cuối cùng đạt đỉnh cứng ở 15 nanomet. Tuy nhiên, khi khoảng trống giảm xuống dưới 15 nanomet thì kim loại này trở nên yếu đi.

Nhóm nghiên cứu đã tái dựng thí nghiệm của họ trong các mô hình mô phỏng máy tính gồm 140 triệu nguyên tử. Họ sử dụng siêu máy tính ở Viện Khoa học Máy tính Quốc gia ở Tennessee, cho phép họ phân tích các ranh giới kép ở cỡ nguyên tử. Các nhà nghiên cứu đã nhận thấy một hiện tượng hoàn toàn mới: Một mô hình chuyển vị trật tự cao được kiểm soát bởi hạt nhân đã giữ vai trò quy định độ cứng của đồng. Mô hình này được đặc tính hóa bởi các nhóm nguyên tử gần với lõi chuyển vị và được lắp ráp lại theo các mô hình hình vòng cổ có trật tự cao.

Từ các thí nghiệm và các mô hình trên máy tính, nhóm nghiên cứu đã đưa ra lý thuyết cho rằng ở cỡ nano, hạt nhân chuyển vị có thể trở thành quy tắc chi phối để xác định độ cứng hoặc độ yếu của một kim loại.

Theo Eurekalert/Nasati

Chia sẻ:

Tin liên quan:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

18 + 16 =