Thiết kế cấu trúc nano cho phép hợp kim nhôm coban giòn có độ bền cao và độ dẻo nhiệt độ phòng

Từ hợp chất giòn đến vật liệu có độ bền cao có thể biến dạng

Hợp chất nhôm coban từ lâu đã được coi là hợp chất liên kim loại giòn điển hình, dễ bị vỡ khi chịu lực và khó sử dụng làm vật liệu cấu trúc chịu tải. Một nghiên cứu kỹ thuật mới đã thay đổi hành vi biến dạng của vật liệu này thông qua thiết kế cấu trúc ở quy mô nano: hợp kim nhôm coban biến đổi không chỉ cực kỳ mạnh mà còn có thể biến dạng đáng kể ở nhiệt độ phòng mà không bị gãy. Theo nguồn tin, sức mạnh năng suất của vật liệu này gấp khoảng 6 đến 10 lần so với thép kết cấu có độ bền cao, đồng thời có thể chịu được biến dạng dẻo đáng kể ở nhiệt độ phòng. Sự kết hợp này – cường độ cực cao so với độ dẻo ở nhiệt độ phòng – là hai đặc tính mà các hợp chất liên kim loại truyền thống khó có thể có được. Nhóm nghiên cứu đã chỉ ra kết quả này cho các kịch bản ứng dụng như cánh tuabin cứng hơn và động cơ hiệu suất cao hơn.

Làm thế nào thiết kế nano-scale thay đổi hiệu suất

Các nguồn cho rằng hiệu suất đột phá là do chiến lược thiết kế nano-scale. Đối với các hợp chất liên kim loại, độ giòn thường xuất phát từ sự hạn chế của cấu trúc tinh thể có trật tự đối với chuyển động sai vị trí, và các vết nứt một khi đã hình thành sẽ khó bị biến dạng dẻo hấp thụ. Bằng cách điều chỉnh cấu trúc bên trong của vật liệu ở quy mô thiết kế, các nhà nghiên cứu đã cho phép vật liệu có được khả năng biến dạng trong khi vẫn duy trì độ bền cao, do đó tránh được các đường gãy giòn điển hình. Điều quan trọng cần lưu ý là nguồn không tiết lộ chi tiết cụ thể về tỷ lệ thành phần hợp kim, kích thước đặc trưng cấu trúc nano, lộ trình chuẩn bị và điều kiện thử nghiệm, vì vậy hiện tại không thể đánh giá sự ổn định của cửa sổ quá trình và lô của vật liệu trong quá trình khuếch đại kỹ thuật.

ý nghĩa đối với ngành công nghiệp phụ trợ polymer

Tiến bộ này bề ngoài thuộc về lĩnh vực vật liệu kết cấu kim loại, nhưng logic cân bằng hiệu suất đằng sau nó rất tương đồng với nghiên cứu và phát triển phụ trợ polymer. Trong hệ thống polymer, chất chống oxy hóa, chất ổn định ánh sáng và chất hấp thụ tia cực tím cũng phải đối mặt với sự đánh đổi giữa “hiệu quả và độ bền”, “ổn định xử lý và bảo vệ lâu dài”: lượng bổ sung quá cao có thể ảnh hưởng đến tính chất cơ học và ngoại hình của chất nền, quá thấp không thể cung cấp sự bảo vệ đầy đủ trong quá trình lão hóa oxy nhiệt và quá trình lão hóa oxy quang. Hợp kim nhôm coban thông qua thiết kế quy mô cấu trúc đồng thời nâng cao ý tưởng về sức mạnh và độ dẻo dai, gợi ý rằng nghiên cứu và phát triển phụ trợ có thể tìm kiếm điểm cân bằng mới từ cấp độ cấu trúc phân tử và trạng thái kết hợp, thay vì chỉ dựa vào điều chỉnh lượng bổ sung. Trong khi đó, sự xuất hiện của loại vật liệu cấu trúc có độ bền cao và tuổi thọ cao này, cũng đặt ra nhu cầu kiểm tra thời tiết mới cho các phụ gia polymer phù hợp. Trong các tình huống căng thẳng nhiệt độ cao như cánh tuabin, động cơ, v.v., nếu liên quan đến con dấu dựa trên polymer, lớp phủ, bộ phận cách nhiệt hoặc bộ phận vật liệu composite, việc xác minh công thức của nó thường đòi hỏi phương pháp kiểm tra thời tiết khắc nghiệt hơn để đánh giá quy luật tiêu thụ của chất chống oxy hóa và hệ thống ổn định quang học dưới sự hợp tác nhiệt, oxy và quang học. Hiệu quả che chắn tia cực tím của chất hấp thụ tia cực tím, khả năng thu giữ gốc tự do của chất ổn định ánh sáng và độ bền của chất chống oxy hóa ở nhiệt độ cao, tất cả đều yêu cầu xác minh chéo trong các thử nghiệm lão hóa tăng tốc gần với điều kiện phục vụ thực tế. Từ quan điểm vĩ mô hơn, thiết kế vật liệu đang chuyển từ “điều chỉnh thành phần” sang “điều chỉnh cấu trúc”. Ngành công nghiệp phụ gia polymer trong những năm gần đây quan tâm đến việc thu giữ gốc tự do có kiểm soát, hệ thống ổn định hợp tác, hỗ trợ loại phản ứng và các hướng khác, về cơ bản cũng được triển khai theo cùng một logic: thông qua thiết kế cấu trúc để cho phép hỗ trợ hoạt động vào đúng thời điểm, đúng vị trí. Trường hợp của hợp kim nhôm coban minh họa rằng sự kết hợp của các tính chất ban đầu được coi là không thể điều hòa có nguy cơ bị phá vỡ khi các hệ thống vật liệu thông thường được tổ chức lại ở quy mô nano. Đối với các chất phụ gia polymer như chất chống oxy hóa, chất ổn định ánh sáng và chất hấp thụ tia cực tím, làm thế nào để tăng hiệu quả bảo vệ của đơn vị bổ sung với sự trợ giúp của thiết kế cấu trúc và thiết lập các phương pháp kiểm tra thời tiết phù hợp và xác minh công thức, vẫn là hướng nghiên cứu và phát triển đáng để đầu tư liên tục.

Vấn đề chưa được làm rõ

• Nguồn không cung cấp thành phần cụ thể của hợp kim, các thông số cấu trúc nano và quy trình chuẩn bị, khả năng kỹ thuật hóa là không rõ ràng.
• Nguồn không cho biết phạm vi nhiệt độ thử nghiệm, tốc độ căng thẳng và kích thước mẫu, ngoại suy của dữ liệu cường độ năng suất cần thận trọng. Sự liên kết của vật liệu này với các thành phần dựa trên polymer trong hệ thống thực tế thuộc về một cuộc thảo luận mở rộng và các nguồn không liên quan đến các chất phụ trợ polymer.

Nguồn:This new alloy is up to 10 times stronger than steel and surprisingly flexible， Do Hợp Nhuận hóa chất chỉnh lý.