Tato „mince“ zlata je vyrobena z blokových buněk nanočástic díky nové technice vyvinuté vědci z Brown University. Výroba mnoha kovů tímto způsobem umožňuje správnou mikrostrukturu kovu, která zvyšuje jeho mechanické vlastnosti. Zápočet: Chen Lab / Brown University
Vědci z Brown University ukázali způsob, jak vyrábět hromadné kovy rozkládáním malých nanočástic, což umožňuje přizpůsobené struktury zrna a zlepšování mechanických a dalších vlastností.
Hutníci mají nejrůznější způsoby, jak udělat kus kovu ještě tvrdším. Mohou to otočit, otočit, spustit mezi dvěma válečky nebo otočit kladivem. Tyto metody fungují tak, že rozkládají strukturu zrna kovu – mikroskopické krystalické domény, které tvoří vícedílný kov. Tvrdší kovy nahrazují malá zrna.
Dnes tým výzkumníků z Brown University našel způsob, jak přizpůsobit struktury kovových zrn zdola nahoru. V článku publikovaném v časopise ChemVědci prokázali metodu drcení jednotlivých kovových nanoklasterů za účelem vytvoření makra pevné velikosti v pevném kovu. Mechanické zkoušky kovů vyrobených touto metodou ukázaly, že jsou až čtyřikrát tvrdší než přírodní kovové konstrukce.
„Poškození a další metody zpevnily celý proces změny struktury zrna a je velmi obtížné kontrolovat velikost konce zrna,“ řekl Ou Chen, odborný asistent v oboru Brown Chemistry a odpovídající autor nového výzkumu. „To, co jsme udělali, je vytvořit bloky nanočástic společně, aby vás stlačily. Tímto způsobem můžeme mít stejnou velikost zrna, kterou lze správně připravit na vylepšené vlastnosti.
Vědci z Brown University prokázali způsob, jak vyrobit převážně kov z bloků nanočástic. Pro novou studii kovové tem „vyrobily mince“ z nanočástic zlata, stříbra, palladia a dalších kovů. Uznání: Chen lab / Brown University
Pro tuto studii vědci vytvořili „centové“ měření na centimetr pomocí nanočástic zlata, stříbra, palladia a dalších kovů. Položky této velikosti mohou být užitečné pro výrobu vysoce výkonných nátěrových hmot, elektrod nebo termoelektrických generátorů (zařízení, která přeměňují elektřinu na tepelné toky). Vědci se však domnívají, že tento proces lze zvětšit, aby se stal pevnějším kovem nebo většími průmyslovými součástmi.
Klíčem k procesu je podle Chena chemické ošetření poskytované nanočásticovými blokovými buňkami. Kovové nanočástice jsou často pokryty organickými molekulami nazývanými ligandy, které často zabraňují tvorbě vazeb kov-kov mezi částicemi. Chen a jeho tým našli způsob, jak získat chemické ligandy, což umožnilo shlukování shluků při nízkém tlaku.
Výzkum ukazuje, že kovové mince vyrobené touto metodou jsou tvrdší než standardní kov. Například zlaté mince jsou dvakrát až čtyřikrát tvrdší než obvykle. Další vlastnosti, jako je elektrická vodivost a emise světla, jsou velmi podobné standardním kovům, zjistili vědci.
Přirozený vnitřek zlatých mincí je podle Chena atraktivní, protože při nanočásticích potažených velkým množstvím kovů dochází k dramatické změně barvy.
“Díky dobře známému plazmonickému účinku jsou nanočástice zlata ve skutečně purpurově černé barvě,” řekl Chen. „Ale když jsme na to vyvinuli tlak, viděli jsme, jak se tyto purpurové shluky najednou proměnily v jasně zbarvené zlato. To je jeden ze způsobů, jak jsme věděli, že jsme opravdu vydělali hodně zlata.“
Teoreticky Chen řekl, že tuto metodu lze použít k výrobě jakéhokoli druhu kovu. Chen a jeho tým ve skutečnosti ukázali, že by mohli vyrobit jiný kov známý jako kovové sklo. Kovová skla nejsou milostná, což znamená, že jim chybí neustálé opakování krystalové struktury normálních kovů. To je důvod pro úžasné vlastnosti. Kovová skla se formují snadněji než tradiční kovy, mohou být pevnější a popraskanější a vykazují supravodivost při nižších teplotách.
“Výroba kovových brýlí z přísady je známá, takže většina kovových brýlí jsou slitiny,” řekl Chen. „Ale začali jsme s amorfními nanočásticemi palladia a pomocí naší metody jsme vyrobili kovové sklo palladia.“
Chen uvedl, že doufá, že jednodenní přístup bude široce používán pro komerční produkty. Chemická úprava používaná nanoklastry je relativně jednoduchá a tlaky používané k její současné kompenzaci jsou v rozsahu běžných průmyslových zařízení. Chen si postup nechal patentovat a doufá, že bude pokračovat ve studiu.
“Myslíme si, že zde existuje velký potenciál jak pro průmysl, tak pro vědeckou výzkumnou komunitu,” řekl Chen.
Reference: „Bulk Grain-Boundary Materials from Nanocrystals“ od Yasutaka Nagaoka, Masayuki Suda, Insun Yoon, Na Chen, Hanjun Yang, Yuzi Liu, Brendan A. Anzures, Stephen W. Parman, Zhongwu Wang, Michael Grünwald, Hiroshi M. Yamamoto a Ou Chen, 22. ledna 2021, Chem.
DOI: 10.1016 / j.chempr.2020.12.026
Chenovy hvězdy jsou Yasutaka Nagaoka, Masayuki Suda, Insun Yoon, Na Chen, Hanjun Yang, Yuzi Liu, Brendan A. Anzures, Stephen W. Parman, Zhongwu Wang, Michael Grünwald a Hiroshi M. Yamamoto. Výzkum byl podpořen National Science Foundation (CMMI-1934314, DMR-1332208, DMR-1848499) a americkým ministerstvem energetiky (DE-AC02-06CH11357).