23 Eylül 2019’da Materials Science dergisinde yayımlanan bir araştırmaya göre; Vermont Üniversitesi, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuarı, Ames Laboratuarı, Los Alamos Labouratuarı ve UCLA’dan bilim insanlarından oluşan bir ekip dünyanın en güçlü gümüşünü üretti. Daha önceki rekordan yüzde 42 daha güçlü olduğu belirtiliyor. Ancak asıl önemli olan, metalin iletkenliğini hiç kaybetmemiş olması.
Bütün metallerin kusurları vardır. Bu kusurlar, gevreklik veya süneklik gibi istenmeyen özelliklere yol açabilirler. Bu duruma karşı, bilim insanları daha güçlü malzemeler elde etmek için çeşitli alaşımlar oluşturdular. Ancak bu sefer de malzemeler güçlendikçe, elektrik iletkenliğini kaybettiler. Ekip, iz miktarda bakırı gümüşe karıştırıp gümüşün yapısındaki kusurları kontrol edecek bir mikro alaşım oluşturuyor. Böylece nano boyuttaki iki tür içsel kusuru güçlü bir iç yapıya dönüştürdüler.
NASIL MÜMKÜN OLDU?
Ekip, araştırmada başlangıç fikri olarak, Hall-Petch ilişkisi olarak bilinen malzeme mühendisliğinin genel tasarım ilkesi olan bir kristalin (veya bir parçanın) boyutu küçüldükçe daha da güçlendiğinden yola çıktılar. Bu fikir 70 yılı aşkın süredir daha güçlü malzemeler ve ileri seramikler geliştirilmesinde kullanılıyor ve çok da işe yarıyordu.
Bir noktaya dek. Eninde sonunda, metal tanecikleri sonsuza yaklaşan küçüklükte bir boyuta ulaştıklarında tanecikler arasındaki sınırlar kararsız hale gelir ve hareket etmeye başlar. Bu nedenle gümüşün nano ölçeklerde kullanımı gibi durumlarda metallerde güçlendirmek için tutarlı ikiz tane sınırları olarak bilinen başka bir yöntem kullanılır. Bu eşleşmiş atomlardan oluşan ayna benzeri simetrik bir ara yüze sahip yapı deformasyona karşı oldukça dayanıklıdır. Ancak, ikiz tane sınırları da malzemedeki kusurlar sebebiyle tanecikler arası boşluklar birkaç nanometre kadar bir mesafeye düştüğünde yumuşaklaşırlar.
MALZEME KUSURLARI İLE İLGİLİ DAHA FAZLA BİLGİ İÇİN: KRİSTAL YAPI HATALARI
Kabaca konuşursak, nanokristaller bez lekelerine benzerler ve nano ikiz tanecikler bezdeki küçük fakat minik iplikler gibidir. Söz konusu araştırma nano kristaller ve nano ikizcikleri birleştiriyor.
Bakır atomları gümüş atomlarından biraz daha ufak olduklarından hem tane sınırlarına hem de malzeme kusurlarına yerleşiyor. Gümüş içindeki minik bakır safsızlıkları kusurların hareket etmesini engelliyor ancak elektriksel iletkenliği sağlayan toplamda yüzde 1’den daha az olacak kadar az miktarda gümüş tanecikleri kalıyor. Yani, bakır atomları ara yüze girerken araya girmeyerek iletimi sağlayan elektronların aralarda yayılmasına engel olmuyor.
Bu çalışma ile hem tane ve ikiz sınırlarının çok küçülmesiyle oluşan yumuşama problemi hem de Hall-Petch limiti aşılıyor. Ekip üyesi olan malzeme bilimcisi ve makine mühendisi Frederic Sansoz, bu çalışmanın başka metallere de uygulanabileceği ve daha güçlü malzemeler kullanımı sayesinde daha az malzeme kullanımını sağlayabileceğini söylüyor.
KAYNAKÇA VE İLERİ OKUMA:
- www.sciencedaily.com
- www.nature.com
- www.uvm.edu
