Các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley, Mỹ, vừa ghi nhận độ cứng lớn nhất từ trước đến nay của một loại vật liệu khi tìm hiểu về hợp kim làm từ chromium, cobalt, và nicken (CrCoNi). Hợp kim này không chỉ cực kỳ dễ uốn mà còn cực kỳ cứng. Điều đặc biệt hơn là độ cứng và độ dẻo của nó tăng lên khi nhiệt độ giảm xuống, vốn dĩ trái ngược với hầu hết các vật liệu khác. Khi thiết kế kết cấu vật liệu, chúng ta muốn chúng vừa cứng vừa dễ uốn và khó gãy; và các nhà khoa học luôn thỏa hiệp giữa đặc tính này để tạo ra loại vật liệu mình cần. Nhưng loại vật liệu mới này có tất cả.
CrCoNi là tập hợp con của một nhóm kim loại được gọi là hợp kim entropy cao (HEAs). Tất cả các hợp kim được sử dụng ngày nay đều chứa tỷ lệ cao của một nguyên tố kết hợp với các nguyên tố bổ sung có tỷ lệ thấp hơn, nhưng HEA được tạo thành từ sự kết hợp đồng đều của từng nguyên tố cấu thành. Sự cân bằng ở cấp độ nguyên tử này dường như mang lại độ bền và độ dẻo cực kỳ cao khi chịu lực. HEA đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu hấp dẫn kể từ khi chúng được phát triển lần đầu tiên cách đây khoảng 20 năm, nhưng công nghệ cần thiết để đẩy vật liệu đến giới hạn của chúng trong các điều kiện khắc nghiệt thì mãi đến gần đây mới có.
Độ dai (toughness: độ bền kháng lại sự vỡ ra của một vật khi đã có vết hư hại) của vật liệu này lúc tiệm cận nhiệt độ helium lỏng (20 Kelvin, -250 độ C) cao tới 500 MPa-Sqrt(meter) (đơn vị đo độ cứng). Lấy ví dụ, độ cứng của một miếng silicon là 1, khung nhôm trên máy bay chở khách là khoảng 35, và độ cứng của một số loại thép tốt nhất là khoảng 100. Vì vậy, 500 là một con số đáng kinh ngạc.
Nhóm nghiên cứu bắt đầu thử nghiệm CrCoNi và một hợp kim khác chứa thêm magan và sắt (CrMnFeCoNi) gần một thập kỷ trước. Họ tạo ra các mẫu hợp kim, sau đó hạ thấp nhiệt độ của chúng xuống gần bằng nhiệt độ nitrogen lỏng (khoảng 77 Kelvin hay -200 độ C) và phát hiện ra độ dai cực kỳ ấn tượng của chúng. Họ mất thêm 10 năm tiếp theo để thử nghiệm ở nhiều nhiệt độ khác nhau vì quá trình thiết lập phòng thí nghiệm cũng như tuyển dụng được các nhà nghiên cứu có thể hiểu được những gì đang xảy ra ở cấp độ phân tử là không hề dễ dàng tí nào.
CrCoNi là tập hợp con của một nhóm kim loại được gọi là hợp kim entropy cao (HEAs). Tất cả các hợp kim được sử dụng ngày nay đều chứa tỷ lệ cao của một nguyên tố kết hợp với các nguyên tố bổ sung có tỷ lệ thấp hơn, nhưng HEA được tạo thành từ sự kết hợp đồng đều của từng nguyên tố cấu thành. Sự cân bằng ở cấp độ nguyên tử này dường như mang lại độ bền và độ dẻo cực kỳ cao khi chịu lực. HEA đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu hấp dẫn kể từ khi chúng được phát triển lần đầu tiên cách đây khoảng 20 năm, nhưng công nghệ cần thiết để đẩy vật liệu đến giới hạn của chúng trong các điều kiện khắc nghiệt thì mãi đến gần đây mới có.
Độ dai (toughness: độ bền kháng lại sự vỡ ra của một vật khi đã có vết hư hại) của vật liệu này lúc tiệm cận nhiệt độ helium lỏng (20 Kelvin, -250 độ C) cao tới 500 MPa-Sqrt(meter) (đơn vị đo độ cứng). Lấy ví dụ, độ cứng của một miếng silicon là 1, khung nhôm trên máy bay chở khách là khoảng 35, và độ cứng của một số loại thép tốt nhất là khoảng 100. Vì vậy, 500 là một con số đáng kinh ngạc.
Nhóm nghiên cứu bắt đầu thử nghiệm CrCoNi và một hợp kim khác chứa thêm magan và sắt (CrMnFeCoNi) gần một thập kỷ trước. Họ tạo ra các mẫu hợp kim, sau đó hạ thấp nhiệt độ của chúng xuống gần bằng nhiệt độ nitrogen lỏng (khoảng 77 Kelvin hay -200 độ C) và phát hiện ra độ dai cực kỳ ấn tượng của chúng. Họ mất thêm 10 năm tiếp theo để thử nghiệm ở nhiều nhiệt độ khác nhau vì quá trình thiết lập phòng thí nghiệm cũng như tuyển dụng được các nhà nghiên cứu có thể hiểu được những gì đang xảy ra ở cấp độ phân tử là không hề dễ dàng tí nào.
Quảng cáo
Nhiều chất rắn, kể cả kim loại, tồn tại ở dạng tinh thể được đặc trưng bởi kiểu nguyên tử 3-D lặp lại, được gọi là ô đơn vị, từ đó tạo nên một cấu trúc lớn hơn gọi là mạng tinh thể. Độ bền và độ dẻo của vật liệu được quyết định do các tính chất vật lý của mạng tinh thể. Không có tinh thể nào là hoàn hảo, do đó, các ô đơn vị trong vật liệu chắc chắn có "khuyết điểm", ví dụ là sự lệch vị trí - nơi mạng tinh thể không biến dạng tiếp xúc với mạng tinh thể bị biến dạng. Khi có lực tác dụng lên vật liệu - chẳng hạn như uốn cong một chiếc muỗng kim loại - sự thay đổi hình dạng là do chuyển động lệch vị trí mạng tinh thể.
Quá trình lệch vị trí càng dễ thì vật liệu càng mềm. Nhưng nếu chuyển động lệch vị trí bị chặn lại bởi các chướng ngại vật ở dạng bất thường mạng tinh thể, thì cần nhiều lực hơn để di chuyển các nguyên tử bên trong và vật liệu trở nên bền hơn. Mặt khác, các chướng ngại vật thường làm cho vật liệu trở nên giòn hơn, dẫn đến dễ bị nứt hơn. Sử dụng kỹ thuật nhiễu xạ neutron, tán xạ ngược electron và truyền electron qua kính hiển vi, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Berkeley, Đại học Bristol, Phòng thí nghiệm Rutherford Appleton và Đại học New South Wales đã kiểm tra cấu trúc mạng tinh thể của các mẫu CrCoNi đã bị gãy ở nhiệt độ phòng và 20 K.
Các hình ảnh và bản đồ nguyên tử từ các kỹ thuật này cho thấy rằng độ cứng của loại hợp kim này là do bộ ba chướng ngại vật lệch vị trí có tác động theo một thứ tự cụ thể khi lực tác dụng lên vật liệu. Đầu tiên, quá trình lệch vị trí làm cho các vùng của tinh thể trượt ra khỏi các vùng khác nằm trên các mặt phẳng song song.
Chuyển động này thay thế các lớp ô đơn vị để hình thù của chúng không còn khớp với hướng vuông góc với chuyển động trượt, tạo ra một loại chướng ngại vật. Lực mạnh hơn nữa tác động lên kim loại này tạo ra một hiện tượng gọi là đan xen nano (nanotwinning), trong đó các khu vực của mạng tinh thể tạo thành một đối xứng phản chiếu với một ranh giới ở giữa. Cuối cùng, nếu các lực tiếp tục tác dụng lên kim loại, năng lượng được đưa vào hệ thống sẽ thay đổi cách sắp xếp của chính các ô đơn vị, với các nguyên tử CrCoNi chuyển từ tinh thể lập phương tâm diện sang một cách sắp xếp khác, được gọi là cấu trúc lục giác. Chuỗi tương tác nguyên tử này đảm bảo rằng kim loại tiếp tục chuyển động, nhưng cũng tiếp tục gặp lực cản mới từ các chướng ngại vật cách xa điểm mà hầu hết các vật liệu bị gãy do biến dạng. Những phát hiện mới của nhóm nghiên cứu, được thực hiện cùng với các nghiên cứu gần đây khác về HEAs, có thể buộc cộng đồng khoa học vật liệu phải xem xét lại các quan niệm lâu nay về cách các đặc điểm vật lý làm tăng hiệu suất của vật liệu.
Giờ đây, khi cơ chế hoạt động bên trong của hợp kim CrCoNi đã được hiểu rõ hơn, hợp kim này và các HEA khác đang tiến gần hơn đến việc sử dụng trong các trường hợp đặc biệt. Mặc dù việc tạo ra những vật liệu này rất tốn kém, nhưng chúng rất đáng để chế tạo để dùng trong những hoàn cảnh mà môi trường khắc nghiệt có thể phá hủy các hợp kim kim loại bình thường, chẳng hạn như trong điều kiện nhiệt độ lạnh giá của không gian sâu.
Theo Berkeley Lab.
CHUYÊN MỤC NGHỆ THUẬT LÀM GIÀU BỀN VỮNG
Khóa học Machine Learning cơ bản- Khoa học dữ liệu - AI 
==***==
Khoá học Quản trị Chiến lược Dành cho Lãnh đạo Doanh nghiệp
==***==
Nơi hội tụ Tinh Hoa Tri Thức - Khơi nguồn Sáng tạo
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com
---
Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên ZALO!
Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên Facebook!
Bảo mật và tấn công Website - Hacker mũ trắng
KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP 
Khóa học Lập trình Visual Foxpro 9 - Dành cho nhà quản lý và kế toán 
Khóa học hướng dẫn về Moodle chuyên nghiệp và hay Xây dựng hệ thống đào tạo trực tuyến chuyên nghiệp tốt nhất hiện nay. 
Khóa học AutoIt dành cho dân IT và Marketing chuyên nghiệp 
Khoá học Word từ cơ bản tới nâng cao, học nhanh, hiểu sâu 
Khóa học hướng dẫn sử dụng Powerpoint từ đơn giản đến phức tạp HIỆU QUẢ 
Khóa học Thiết kế, quản lý dữ liệu dự án chuyên nghiệp cho doanh nghiệp bằng Bizagi 
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng Power Query trong Excel 
Khóa học Lập trình WEB bằng PHP từ cơ bản đến nâng cao 
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng SPSS - Chìa khóa thành công!
Khóa học "Thiết kế bài giảng điện tử", Video, hoạt hình kiếm tiền Youtube bằng phần mềm Camtasia Studio 
Khóa học HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VIDEO CLIP CHO DÂN MARKETING CHUYÊN NGHIỆP 
HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ QUẢNG CÁO VÀ ĐỒ HỌA CHUYÊN NGHIỆP VỚI CANVA Hãy tham gia khóa học để trở thành người chuyên nghiệp. Tuyệt HAY!😲👍 
GOOGLE SPREADSHEETS phê không tưởng 
Hãy tham gia khóa học để biết mọi thứ
Khóa học Ba, Mẹ và Bé - Cùng bé lập trình TUYỆT VỜI
Khóa học sử dụng Adobe Presenter-Tạo bài giảng điện tử 
Để thành thạo Wordpress bạn hãy tham gia khóa học 
Khóa học sử dụng Edmodo để dạy và học hiện đại để thành công 
==***== Bảo hiểm nhân thọ - Bảo vệ người trụ cột 
Cập nhật công nghệ từ Youtube tại link: congnghe.hocviendaotao.com
Tham gia nhóm Facebook
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com
Bảo mật và tấn công Website - Hacker mũ trắng
KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP
Khóa học AutoIt dành cho dân IT và Marketing chuyên nghiệp
Khoá học Word từ cơ bản tới nâng cao, học nhanh, hiểu sâu
Khóa học hướng dẫn sử dụng Powerpoint từ đơn giản đến phức tạp HIỆU QUẢ
Khóa học Thiết kế, quản lý dữ liệu dự án chuyên nghiệp cho doanh nghiệp bằng Bizagi
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng Power Query trong Excel
Khóa học Lập trình WEB bằng PHP từ cơ bản đến nâng cao
Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng SPSS - Chìa khóa thành công!
kiếm tiền Youtube bằng phần mềm Camtasia Studio
Khóa học HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VIDEO CLIP CHO DÂN MARKETING CHUYÊN NGHIỆP
HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ QUẢNG CÁO VÀ ĐỒ HỌA CHUYÊN NGHIỆP VỚI CANVA
Hãy tham gia khóa học để trở thành người chuyên nghiệp. Tuyệt HAY!😲👍
GOOGLE SPREADSHEETS phê không tưởng
Hãy tham gia khóa học để biết mọi thứ
Khóa học Ba, Mẹ và Bé - Cùng bé lập trình TUYỆT VỜI
Khóa học sử dụng Adobe Presenter-Tạo bài giảng điện tử
Để thành thạo Wordpress bạn hãy tham gia khóa học
Khóa học sử dụng Edmodo để dạy và học hiện đại để thành công
==***==
Bảo hiểm nhân thọ - Bảo vệ người trụ cột
Tham gia nhóm Facebook
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com
Nguồn: Tinh Tế
Topics: Công nghệ mới
