Hợp kim CrCoNi - Vật liệu cứng nhất trên Trái đất
Các nhà khoa học nghiên cứu một loại hợp kim làm từ chrom, cobalt và nikel (CrCoNi) và đo được độ cứng cao nhất trong số mọi vật liệu.
Hợp kim CrCoNi không chỉ dễ uốn, độ cứng của nó còn tăng lên khi nhiệt độ lạnh hơn, trái ngược với phần lớn kim loại khác. Nhóm nghiên cứu đứng đầu là các chuyên gia ở Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley và Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge công bố phát hiện đột phá trên tạp chí Science hôm 2/12. "Khi bạn thiết kế vật liệu xây dựng, chúng cần phải cứng, dễ uốn và khó gãy", Easo George, đồng trưởng nhóm dự án, cho biết. "Thông thường, những đặc tính trên bù trừ lẫn nhau. Nhưng vật liệu này có tất cả. Thay vì trở nên giòn ở nhiệt độ thấp, nó trở nên bền hơn".
Cấu trúc tinh thể của CrCoNi nhìn dưới kính hiển vi. (Ảnh: Phòng thí nghiệm Berkeley)
CrCoNi là nhóm nhỏ trong nhóm kim loại gọi là hợp kim entropy cao (HEA). Tất cả hợp kim sử dụng ngày nay đều chứa lượng lớn một nguyên tố và các nguyên tố thêm vào có tỷ lệ thấp hơn, nhưng HEA có khối lượng các nguyên tố cấu thành như nhau. Sự cân bằng này giúp đem lại độ bền và tính dễ uốn cao khi chịu áp lực.
Độ cứng của vật liệu mới ở gần nhiệt độ heli lỏng (-253 độ C) lên tới 500 MPa-Sqrt (đơn vị đo độ cứng). Để so sánh, độ cứng của silicon là 1, của khung nhôm trên máy bay chở khách là 35 và của một số loại thép tốt nhất là khoảng 100. Vì vậy, 500 là một con số đáng kinh ngạc, theo đồng trưởng nhóm nghiên cứu Robert Ritchie, nhà khoa học làm việc ở Ban khoa học vật liệu của Phòng thí nghiệm Berkeley.
Nhóm nghiên cứu bắt đầu thử nghiệm CrCoNi và một hợp kim khác chứa thêm mangan 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 cứng 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.
Ritchie và George bắt đầu thử nghiệm với CrCoNi và hợp kim khác cũng chứa mangan và sắt (CrMnFeCoNi) cách đây gần một thập kỷ. Họ tạo ra các mẫu vật của hợp kim, sau đó hạ thấp nhiệt độ của vật liệu xuống gần bằng nhiệt độ nitơ lỏng (-200 độ C) và phát hiện độ cứng và độ bền ấn tượng của chúng. Họ mất thêm 10 năm để tiếp tục thử nghiệm ở nhiều mức nhiệt độ khác nhau của heli lỏng bởi khó khăn trong quá trình tìm kiếm phòng thí nghiệm có thể thực hiện kiểm tra áp lực mẫu vật trong môi trường lành cũng như tuyển dụng đội ngũ có đủ công cụ và kinh nghiệm để phân tích những gì xảy ra trong vật liệu ở cấp phân tử.
Sử dụng kỹ thuật nhiễu xạ neutron, tán xạ ngược electron và truyền electron qua kính hiển vi, Ritchie, George, và đồng nghiệp 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 -253 độ C. Các hình ảnh và bản đồ nguyên tử từ những kỹ thuật này hé lộ độ cứng của hợp kim là do bộ ba chướng ngại vật lệch vị trí tác động theo một trình tự cụ thể khi tác dụng lực lên vật liệu. Hợp kim CrMnFeCoNi cũng được thử nghiệm ở -253 độ C và thể hiện ấn tượng, nhưng không đạt độ cứng như hợp kim CrCoNi.
Giờ đây, khi các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn cơ chế hoạt động bên trong của CrCoNi, hợp kim này và các HEA khác đang tiến gần hơn đến việc sử dụng trong các trường hợp đặc biệt. Dù việc tạo ra những vật liệu này rất tốn kém, chúng có thể ứng dụng trong những hoàn cảnh mà môi trường khắc nghiệt có thể phá hủy những hợp kim kim loại thông thường, ví dụ trong điều kiện nhiệt độ lạnh giá của không gian sâu.
Ứng dụng miễn phí
Linkitty Nối hình Onet cổ điển
Nối hai hình giống nhau với tối đa hai lần rẽ, đua với đồng hồ. Màn chơi vô tận, thử thách mỗi ngày và gần 100 món đồ cho mèo con, thỏ con.
Ứng dụng miễn phí
Trikitty Ghép 3 hình dễ thương
Chạm ô trên bàn xếp nhiều lớp, đưa xuống khay 7 ô và xếp 3 hình giống nhau liền nhau để ăn. Màn nào cũng có lời giải.
Ứng dụng miễn phí
Lịch Vạn Niên Lịch âm dương Việt Nam
Xem ngày Dương lịch và Âm lịch cùng lúc, kèm can chi của năm, tháng, ngày. Đổi ngày Âm – Dương trong vài giây.
Lễ hội ma Halloween và những điều bạn chưa biết
Halloween là lễ hội thường niên diễn ra vào cuối tháng 10 đầu tháng 11, nhưng đó là lễ hội để tưởng niệm cái gì? Tại sao người ta phải hoá trang và ăn mặc gớm ghiếc đến thế?
Điều xảy ra khi thời gian ngừng lại?
Khái niệm ngưng đọng thời gian xuất hiện trên phim ảnh khá nhiều. Tuy vậy, việc ngưng đọng thời gian dưới góc nhìn khoa học không lãng mạn như trên phim.
Tuổi thọ của loài người có thể đạt tới 1.000, chuyên gia: Chìa khóa ở tế bào bất tử này!
Tuyên bố về tế bào đặc biệt này của tiến sĩ Aubrey de Grey tại 1 buổi hội thảo khoa học đã làm rúng động cả thế giới.
Cận cảnh "siêu quái vật" đào đất lớn nhất thế giới, có khối lượng lên tới 13.500 tấn
Bagger 288 là đơn đặt hàng của công ty khai mỏ Rheinbraun. Các kỹ sư phải mất 5 năm để lên kế hoạch thiết kế và sản xuất, thời gian lắp ráp cỗ máy khổng lồ này cũng mất thêm 5 năm nữa.
Cầu tre dài hơn một kilomet có thể chịu tải 4 tấn
Cây cầu tre ọp ẹp dài hơn một kilomet chạy qua vùng nước đục của sông Mekong, nối hòn đảo nổi Koh Pen nằm giữa mặt sông với Kampong Cham.
Vạn Lý Trường Thành hay kim tự tháp Ai Cập liệu có thể nhìn thấy bằng mắt thường từ không gian?
Hẳn bạn đã từng được nghe nói rằng Vạn Lý Trường Thành của Trung Quốc hay kim tự tháp Ai Cập là những công trình có thể được nhìn thấy bằng mắt thường từ không gian. Vậy liệu điều này có đúng và công trình nào do con người xây dựng có thể nhìn thấy từ phía trên khí quyển Trái Đất?
