محققان آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام (PNNL) در حال مطالعه تغییرات اتمی در فلزات تحت تغییر شکل برشی هستند تا تاثیر نیروهای فیزیکی بر این مواد را دریابند.
به گزارش تکناک، این کار میتواند به بسیاری از کاربردهای جدید و ارتقاء یافته مانند باتریهای بادوامتر و وسایل نقلیه سبکتر منجر شود.
درک فلزات در سطح اتمی
اگر بفهمیم در طول تغییر شکل برشی برای فلزات در سطح اتمی چه اتفاقی میافتد، میتوانیم از این دانش برای بهبود کاربردهای بیشماری دیگر که در آن فلزات همان نیروها را تجربه میکنند استفاده کنیم. از بهبود عمر باتری گرفته تا طراحی فلزات با خواص خاص، مانند آلیاژهای سبکتر و قویتر و همچنین وسایل نقلیه کارآمدتر.
نیروهای فیزیکی صرف نظر از جایی که اعمال می شوند یکسان هستند، به این معنی که نیروهایی که در طول ساخت فلزات برای ایجاد آلیاژ اعمال می شود می تواند به ساختارهای داخل باتری ها نیز آسیب برساند. با این حال، تغییر شکل برشی همچنین می تواند ریزساختار فلزات را به گونه ای تغییر دهد که در واقع می تواند مواد را بهبود بخشد و آنها را قوی تر، سبک تر و انعطاف پذیرتر کند. اما اینکه دقیقاً چگونه رخ می دهد یک راز باقی مانده است.
آرون دواراج دانشمند مواد PNNL توضیح داد: اگر بخواهید از یک دونده در شروع و پایان دویدن عکس بگیرید، ممکن است فکر کنید که اصلاً حرکت نکرده است. اما اگر از دونده در حالی که در حال دور زدن مسیر است فیلم بگیرید، میدانید چقدر مسافت را طی کرده است. اینجا هم همینطور است. اگر دقیقاً بفهمیم که در طول تغییر شکل برشی برای فلزات در سطح اتمی چه اتفاقی میافتد، میتوانیم آن را اعمال کنیم. دانش استراتژیک برای طراحی مواد با خواص خاص.
برای رسیدن به این درک، محققان از یک کاوشگر تخصصی در داخل یک میکروسکوپ الکترونی انتقالی در PNNL استفاده کردند تا نحوه حرکت ردیفهای جداگانه اتمهای درون فلزات را در طول تغییر شکل برشی ثبت کنند. آنها فرآیند خود را با طلا آغاز کردند زیرا به تصویر کشیدن آن در سطح اتمی آسانتر است.
کریستال های طلا
در طول تغییرشکل فلز، آن ها شاهد تقسیم بلورهای طلا به دانه های کوچکتر بودند و دریافتند که نقص طبیعی در آرایش اتم های فلز، نحوه حرکت تغییر شکل برشی آنها را تحت تاثیر قرار میدهد.
شوانگ لی نویسنده مسئول این مقاله گفت: نقایص کریستال، اندازه دانه و ریزساختار فلز می تواند بر ویژگی های فلز مانند استحکام و چقرمگی تاثیر بگذارد. به همین دلیل مهم است که بفهمیم تغییر شکل برشی چگونه اتم های فلز را به اطراف حرکت می دهد و بر ریزساختار کلی فلز تاثیر می گذارد.
فلز بعدی که مورد بررسی قرار گرفت مس بود. در این ماده، تغییر شکل برشی نانو دوقلوهایی را ایجاد کرد که ویژگیهای ساختاری فلزات را قویتر میکند. هنگامی که بیشتر با نیوبیوم مخلوط شد، نتایج نشان داد که تغییر شکل برشی بر اتمها در داخل فازهای مس و نیوبیم مخلوط فلز تأثیر متفاوتی میگذارد. نتایج بدست آمده از این فرآیند را می توان برای تولید آلیاژهایی با خواص خاص به کار برد.
دادههای جمعآوریشده از این آزمایشها اکنون میتوانند مستقیماً تفسیر شده و در هر جایی که فلزات نیروهای فیزیکی مشابهی را تجربه میکنند که نتیجه آن منجر به تولید باتریهای بادوامتر، آلیاژهای سبکتر برای خودروهای کارآمدتر و طراحی سفارشی فلزات نسل بعدی میشود، به کار رود.
