Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Czy szkło może być wytrzymalsze od stali? Jak pokazują badania, tak, jeśli jest to „szkło metaliczne" (inaczej mówiąc: metal amorficzny). Niełatwo jest takie szkło otrzymać, ale jego parametry kuszą przełomem w technologii materiałowej.

Tradycyjne, znane nam szkło różni się od większości materiałów tym, że posiada strukturę amorficzną: to znaczy w postaci stałej nie formuje kryształów, lecz jego cząstki są rozmieszczone bezładnie, podobnie jak w cieczy (dlatego nazywa się je czasem, z pewną przesadą, „zestaloną cieczą"). Taka struktura materiału posiada wiele zalet, ale ma też wielką wadę: kruchość.

Wzmacnianie szkła pozwala tę wadę częściowo zniwelować, ale bardziej obiecujące wydaje się podejście odwrotne: nadanie metalom struktury amorficznej, podobnej do szkła. Jest to bardzo trudne, jako że metale stygnąc formują regularne struktury. Jedynym znanym sposobem na „oszukanie" metalu jest tak szybkie jego schłodzenie, aby nie zdążył takiej regularnej struktury uformować.

Nad nową generacją takich materiałów pracuje zespół złożony z naukowców trzech amerykańskich placówek: U.S. Department of Energy, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) oraz California Institute of Technology (CalTech).

Metaliczne szkło jest wyjątkowo wytrzymałe, niestety dziedziczy główną wadę amorficznej struktury: kruchość. W materiałach krystalicznych to właśnie struktura powstrzymuje pęknięcia przed powiększaniem się, w materiałach amorficznych niewielkie pęknięcie rozszerza się i powoduje rozpad całości. Metaliczne szkło stworzone głównie przez Mariosa Demetriou to nanostop wielu metali z domieszką palladu. Materiał ten posiada wyjątkową właściwość zmiany swojej struktury w miejscu pęknięcia lub rysy - początkowo jest amorficzna, lecz w miejscu powstającego uszkodzenia tworzą się mikroskopijne kryształy powstrzymujące pęknięcie przed rozszerzaniem się. Kluczem był taki dobór składu, aby energia wymagana do zmiany struktury amorficznej w krystaliczną była mniejsza niż potrzebna do rozszerzenia się uszkodzenia. Krystaliczne elementy przybierają formę „dendrytów", nie likwidując tym samym struktury amorficznej. Co ciekawe, najnowsza wersja materiału potrafi zmieniać fazę z amorficzną na krystaliczną również w wyniku zginania, zapobiegając pęknięciu również w takich sytuacjach.

Ponieważ badania trwają, naukowcy spodziewają się osiągnięcia jeszcze bardziej wytrzymałych materiałów. Problemem też nadal jest rozmiar osiąganych elementów - ponieważ ich produkcja wymaga wciąż bardzo szybkiego schładzania, bardzo ogranicza to możliwości. Stop złożony z palladu, krzemu, fosforu i germanu pozwala na stworzenie próbek o średnicy nie przekraczającej milimetra. Dodanie do stopu srebra pozwoliło osiągnąć przełomowy rozmiar sześciu milimetrów, co obrazuje skalę problemu. Domieszkowanie na na celu „zdezorientowanie" stopu, który „nie wiedząc" jaką ma właściwie przyjąć strukturę, łatwiej przyjmuje postać amorficzną.

Share this post


Link to post
Share on other sites

w sumie to nie do konca lapie po co bawic sie w ta strukture amorficzna, skoro w razie czego i tak sie ona zmieni w krystaliczna, ktora wychodzi an to, ze jest wytrzymalsza... przeciez ten proces nie moze zajsc spowrotem - czyli co, wychodzi na to, ze po uszkodzeniu material jednak traci swoje pozytywne wlasciwosci (bo po cos ta struktura amorficzna jest - a po przemianie raczej sie sama nie odtworzy?), czy struktura krystaliczna jest jednak lepsza? jesli pierwsza opcja, to czy nie oznacza to, ze po uszkodzeniu taki material jest tak czy siak do wymiany (przywodzi mi to na mysl np peknieta, zalutowana blache - jako tymczasowe rozwiazanie to ma sens, ale i tak predzej czy pozniej trzeba wymienic) - a jesli druga, to czy nie lepiej od razu robic forme krystaliczna? ludzie potrafia produkowac juz calkiem spore sztuczne diamenty (w porownaniu do tego metalowego szkla przynajmniej), nie lepiej nad nimi sie skupic?

 

p.s. w ostatnim zdaniu jest literowka, 'na' zamiast 'ma' ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Taki metal i jego produkcję to Kurek i Kamiński w Sondzie pokazywali 20lat temu.

 

w sumie to nie do konca lapie po co bawic sie w ta strukture amorficzna 

Blachy głęboko tłoczne, blachy transformatorowe.

Share this post


Link to post
Share on other sites

@waldi888231200

wyobrażasz sobie cenę tagiego trafo ?  ;)

 

dla mnie produkcja takiego czegoś miała by sens w np. takim przypadku: twardość, odporność na ścieranie, wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie, ścinanie czy skręcanie jest kilkukrotnie wyższa niż metalu "zwykłego", a w przypadku przekroczenia wytrzymałości - przy pęknięciu pojawia się struktura krystaliczna powstrzymujaca rozpad (jak w szkle) - dająca czas na wymiane uszkodzonej części...

tak mi tylko chodzi po głowie...

ale te koszty..

Share this post


Link to post
Share on other sites

moje pierwsze skojarzenie, to kuloodporne szyby:) Ciekawe, czy można do tego zastosować te metale? Obecnie kuloodporne szkło, np. w autach, to ogromny ciężar. Może metal uzyskał by wystarczające parametry już przy znacznie niższej masie? Co do ceny, to nie ma co jeszcze dyskutować, bo to przecież tylko badania, a nie wdrażanie do produkcji...

Share this post


Link to post
Share on other sites
  @waldi888231200

wyobrażasz sobie cenę tagiego trafo ?  [img alt=;)]http://kopalniawiedzy.pl/forum/Smileys/default/wink.gif[/img][/size] 

Są dwa rodzaje zastosowań ogólnodostępne (tanie gówno bez parametrów) i profesjonalne (miałem na myśli to drugie). Otrzymywanie jest proste , nalezy stal błyskawicznie schłodzić zanim narosną ziarna (kryształy) w materiale.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Tolo - wyjaśniam Ci: Szkła metaliczne nie są przezroczyste, więc szyb kuloodpornych z nich nie wykonasz. To, że nazywane są szkłami wynika tylko stąd, że ich struktura nie jest krystaliczna lecz amorficzna, tak jak struktura zwykłego szkła. Są one z reguły znacznie wytrzymalsze od stopów krystalicznych o tym samym składzie. Co do ceny - jeśli w skład wzmiankowanego materiału wchodzi bardzo drogi pallad, to cena pozostanie wysoka, chyba, że uda się pallad zastąpić jakimś tańszym pierwiastkiem.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Szkło z definicji jest materiałem amorficznym, w którym atomy nie są uporządkowane. Jednak okazało się, że ma ono ukryte właściwości. Gdy uczeni poddali wysokiemu ciśnieniu mały kawałek szkła metalicznego okazało się, że atomy utworzyły pojedynczy kryształ. Po raz pierwszy zauważono takie zachowanie się szkła.
      Być może wiele rodzajów szkła ma takie właściwości,ale nie wiemy jak ich szukać - mówi Wendy Mao, fizyk ze SLAC National Accelerator Laboratory i Uniwersytetu Stnnforda, jedna z autorów badania.
      Daniel Miracle, metalurg z Air Force Research Laboratory zauważa, że to niezwykle ważne odkrycie, które pozwoli zrozumieć, dlaczego szkło metaliczne może być tak wytrzymałe. Jeśli uda się uzyskać ze szkła metalicznego pojedynczy kryształ, to struktura taka nie będzie miała słabych punktów.
      Podczas badań użyto szkła metalicznego złożonego z ceru i aluminium. Stop ten używany jest np. do zabezpieczenia w sklepach towarów przed kradzieżą. To właśnie namagnesowane szkło metaliczne z ceru i aluminium wszczyna alarm w bramkach.
      Badania szkła metalicznego trwają od pół wieku, a w 1982 roku zauważono, że jego atomy mogą tworzyć jednak pewne powtarzające się struktury. Ich długość wynosiła jednak zaledwie kilka atomów. Żadnych innych uporządkowanych struktur nie zauważono.
      Struktura szkła to wciąż tajemnica. Niewiele o niej wiemy, mimo iż bardzo często używamy szkła. Trudno jest ją badać za pomocą tradycyjnych metod - mówi Qiaoshi (Charles) Zhang, z chińskiego Uniwersytetu Zjejiang, który stał na czele zespołu naukowego złożonego z ekspertów z SLAC, Uniwersytetu Stanforda, Carnegie Institution of Washington, George Mason University oraz Jilin University.
      Uczeni ściskali miniaturowe kawałki szkła między ostrzami diamentów, poddając je ciśnieniu 250 000 barów. Ze zdumieniem zauważyli, że atomy uległy uporządkowaniu. Co więcej, wszystkie były ustawione w tym samym kierunku, co wskazuje, że fragment szkła, z którego uzyskano mniejsze kawałki do badań, miał „zapisaną" w sobie tę strukturę i powstała ona podczas jego produkcji.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W Lawrence Berkeley National Laboratory powstał nowy kompozytowy materiał, który ułatwi przechowywanie wodoru. Składa się on z nanocząsteczek metalicznego magnezu naniesionych na poli(metakrylan metylu). Najważniejszą właściwością kompozytu jest możliwość szybkiego wiązania i uwalniania wodoru w niewysokich temperaturach bez jednoczesnego występowania zjawiska utleniania metalu. To bardzo ważny krok, znacznie udoskonalający metody przechowywania wodoru na potrzebny produkcji energii.
      Nasza praca dowodzi, że jesteśmy w stanie zaprojektować nanokompozytowe materiały, które pokonują podstawowe bariery termodynamiczne i kinetyczne - mowi Jeff Urban, jeden z autorów badań. W pracach nad kompozytem brali też udział Christian Kisielowski, Ki-Joon Jeon, Anne Ruminski, Hoi Ri Moon i Rizia Bardhan.
      Szczegółowe informacje na temat nowego kompozytu zostały ujawnione w artykule "Air-stable magnesium nanocomposites provide rapid and high-capacity hydrogen storage without heavy metal catalysts" w Nature Materials.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W najnowszym numerze magazynu "Materials Today" znajdziemy opis badań nad niezwykłymi właściwościami szkła metalicznego, o którym informowaliśmy w styczniu. Okazuje się, że ten amorficzny wytrzymalszy od stali metal można formować jak plastiki nie tracąc jego trwałości i wytrzymałości.
      Zespół pracujący pod kierunkiem Jana Schroersa z Yale University stworzył stopy, które wyglądają jak zwykły metal, mogą jednak być formowane metodą wtryskiwania tak łatwo i tanio, jak plastik. Grupa Schroersa stworzyła już skomplikowane kształty, takie jak butelki, koperty zegarków, rezonatory czy implanty biomedyczne. Otrzymanie każdego z przedmiotów zajęło mniej niż minutę, a są one dwukrotnie bardziej wytrzymałe od zwykłej stali.
      Koszt materiałów potrzebnych do uzyskania stopów jest podobny do ceny stali o wysokiej jakości, gdyż zawierają one m.in. tytan, miedź, cyrkon czy nikiel, jednak koszt ich formowania jest bardzo niski.
      Kluczem do sukcesu jest wyeliminowanie tarcia, obecnego w innych technikach formowania metali. Wtryskiwanie eliminuje je całkowicie, pozwalając na uzyskanie dowolnych kształtów, nawet w nanoskali - stwierdził Schroers. Co więcej, dzięki zastosowaniu wtryskiwania jego zespół połączył trzy typowe etapy przetwarzania metalu (struganie, łączenie, polerowanie) w jeden.
      To może oznaczać powstanie całkowicie nowego sposobu pracy z metalami. Właściwości amorficznego metalu, które są lepsze od plastików i typowych metali, w połączeniu z łatwością, precyzją i niskimi kosztami wtryskiwania, mogą zmienić społeczeństwo tak, jak zmieniło je opracowanie syntetycznych tworzyw sztucznych i metod ich przetwarzania - mówi Schroers.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Odkąd Mendelejew odkrył, że właściwości pierwiastków układają się w regularny sposób, wiele ich cech można było po prostu przewidzieć. Niestety, nie wszystko i do dziś niektóre przewidywania nie zostały potwierdzone, choć intensywne badania trwają.
      Wiele tajemnic kryje się jeszcze we właściwościach izotopów pierwiastków, czyli form posiadających różną liczbę neutronów w jądrze. Część izotopów jest stabilna, część się wolniej lub szybciej rozpada, ale pierwiastki cięższe od ołowiu nie posiadają w ogóle izotopów stabilnych, czyli są mniej lub bardziej promieniotwórcze.
      Pierwiastki zyskują stabilność wtedy, gdy ich protony lub neutrony występują w pewnych określonych liczbach, czyli w pełni „zamykają" powłoki nukleonowe. Te liczby nazywane są magicznymi, a pierwiastek z obiema liczbami (protonów i neutronów) magicznymi będzie superstabilny. Tak głosi hipoteza tak zwanej „wyspy stabilności", której naukowcy szukają od lat. Przewidywana wyspa stabilności na układzie okresowym pierwiastków prezentuje się właśnie jako zamknięty obszar wśród izotopów niestabilnych.
      Nad uzyskaniem stabilnych izotopów superciężkich pierwiastków pracuje międzynarodowy zespół, który choć nie dopłynął jeszcze do „wyspy", osiągnął wiele sukcesów. Pracuje w nim dwudziestu naukowców z Berkeley Lab, UC Berkeley, Lawrence Livermore National Laboratory, niemieckiego GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research, Oregon State University, i norweskiego Institute for Energy Technology; pod kierunkiem Heino Nitsche z Berkeley Lab's Nuclear Science Division (NSD).
      Ostatnie ich osiągnięcie to uzyskanie sześciu nowych izotopów pierwiastków: ruthefordu (l.a. 104), seaborgu (106), hasu (108), darmsztadtu (110), copernicium (112) oraz nie posiadającego jeszcze nazwy pierwiastka o liczbie atomowej 114 (nazywanego tymczasowo od liczby protonów ununquadium). Nowe pierwiastki „produkuje" się przy pomocy cyklotronu, ta grupa używa 88-calowego cyklotronu w Berkeley. Nowe izotopy uzyskano bombardując tarcze z plutonu 242 (posiadającego 242 nukleony: protony i neutrony) strumieniem rozpędzonych cząsteczek ciężkiego wapnia 48. Poza intensywnym bombardowaniem ze ściśle określonymi parametrami poszukiwanie nowych izotopów wymaga odpowiedniej aparatury detektora, który odsieje nieprzydatne cząstki i wyłowi nieliczne interesujące, poszukiwane atomy.
      Najciekawszym na razie osiągnięciem zespołu jest nowy izotop ununquadium (większość jego członków pracowała w zespole, który ten pierwiastek odkrył). Najcięższy do tej pory odkryty izotop to ununquadium 298, wywołuje on tak wiele zainteresowania, ponieważ zbliża się już do od dawna poszukiwanego ununquadium 298. Czemu akurat 298? Ponieważ, według dotychczasowych przewidywań taki właśnie izotop osiągnie mityczną wyspę stabilności, czyli nie będzie podlegał rozpadowi promieniotwórczego.
      Sami członkowie zespołu studzą jednak entuzjazm i to z dwóch powodów. Po pierwsze, uważają, że do stworzenia ununquadium 289 posiadany przez nich cyklotron jest zbyt słaby i potrzebne będą większe moce. Po drugie, niektóre teorie przewidują, że stabilność mogą osiągnąć dopiero pierwiastki posiadające w jądrze 120 lub 126 protonów. A do nich jeszcze jest dość daleko. Wygląda więc, że odyseja po morzu izotopów w poszukiwaniu wyspy stabilności jeszcze potrwa.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Lodówka to urządzenie obecne w każdym domu. Od wielu dekad chłodziarki w zasadzie niewiele się zmieniają, a są jedynie udoskonalane. Niemal każda to chłodziarka sprężarkowa (urządzenia absorpcyjne i adsorpcyjne też zaliczają się do sprężarek). Są jeszcze, wykorzystywane w innych dziedzinach, ogniwa Peltiera i to w zasadzie wszystko. Na odległym horyzoncie pojawia się jednak możliwość wykorzystania rozmagnesowywania adiabatycznego. Co to takiego?
      Rozmagnesowanie adiabatyczne wykorzystuje do chłodzenia tzw. efekt magnetokaloryczny. Choć znany jest on od ponad stulecia, nie znalazł wielu zastosowań, choć przydaje się jako środek pomocniczy, na przykład do osiągnięcia temperatury bliskiej zeru absolutnemu. Problem jest ten sam, co w przypadku praktycznego wykorzystania nadprzewodnictwa - znalezienie odpowiednich materiałów.
      Efekt magnetokaloryczny to zjawisko, w którym specjalny materiał gwałtownie obniża swoją temperaturę podczas przejścia przez zmienne pole magnetyczne. Proces ten nie wymaga części mechanicznych ani stosowania gazów szkodliwych dla środowiska, aparatura wykorzystująca rozmagnesowanie adiabatyczne nie zużywa się, jest wydajniejsza o 40% od tradycyjnych metod i energooszczędna. Zajmuje także mniej miejsca od sprężarek.
      Czemu jeszcze nie znalazła powszechnego zastosowania? Żeby można było skonstruować domową lodówkę, potrzebna jest możliwość dość dużego obniżenia temperatury. Dziś, choć znamy sporo metali i ich stopów, które wykazują efekt magnetokaloryczny, żaden z nich nie jest aż tak wydajny, jak potrzeba.
      Znalezieniem odpowiednich materiałów zajmują się naukowcy z Narodowego Laboratorium Berkeley Lawrence'a (Lawrence Berkeley National Laboratory), między innymi Sujoy Roy, Jeff Kortright i Elizabeth Blackburn. Choć do osiągnięcia celu nadal jest daleko, odnotowali już znaczące sukcesy. Badany przez nich stop niklowo-manganowo-galowy po domieszkowaniu miedzą wykazał bardzo duży efekt magnetokaloryczny. Kłopot w tym, że nie wiadomo, dlaczego taka, czy inna domieszka powoduje taki, czy inny skutek. Zasada działania rozmagnesowania adiabatycznego jest w zasadzie tajemnicą. Sujoy Roy przyłączył się do zespołu Kortrighta i Blackburn właśnie po to, żeby pomóc zgłębić zagadkę. Przy użyciu rentgenowskiej spektroskopii absorpcyjnej i innych zaawansowanych technik badawczych posunięto się do przodu. Badano jak zmieniają się miejscowe właściwości elektryczne i magnetyczne poszczególnych pierwiastków przy zmianach składu stopu. Wiadomo już, że wraz z domieszkowaniem miedzi wiązania pomiędzy nikle i galem stają się mocniejsze, zaś właściwości magnetyczne stopu zmieniają się. Czemu jednak domieszka miedzi stanowi taki dopalacz efektu magnetokalorycznego - nie wiadomo.
      Jak tłumaczy Roy, badania wciąż znajdują się na bardzo wczesnym stadium. Zrozumienie, co zachodzi na poziome atomów i cząstek, jaka ich właściwość wpływa na siłę efektu pozwoli na opracowanie takich stopów, które pozwolą na zastosowania produkcyjne. Wtedy chłodzenie przez rozmagnesowanie adiabatyczne trafi nie tylko do kuchennych lodówek i zamrażarek, ale też do klimatyzatorów, komputerów i przemysłu. Nie stanie się to na pewno w ciągu najbliższych kilku lat, ale naukowcy są przekonani, że wreszcie to nastąpi.
×
×
  • Create New...