โลหะผสมโครเมียม โคบอลต์ และนิเกิลมีความแข็งกว่ากราฟีนถึง 100 เท่า และทนทานต่อความเสียหายที่อุณหภูมิต่ำมาก
นักวิจัยได้พิสูจน์แล้วว่าโลหะผสมโครเมียม โคบอลต์ และนิกเกิลเป็นวัสดุที่แข็งที่สุดในโลกอย่างเป็นทางการ โดยแข็งกว่าวัสดุมหัศจรรย์อย่างกราฟีน ถึง 100 เท่า
ในการศึกษาใหม่ที่เผยแพร่เมื่อวันที่ 1 ธันวาคมในวารสารScience(เปิดในแท็บใหม่)นักวิจัยได้นำโลหะผสมที่ทนทานเป็นพิเศษไปแช่ในอุณหภูมิที่เย็นจัด เพื่อทดสอบว่าวัสดุดังกล่าวมีความทนทานต่อการแตกหักเพียงใด นักวิทยาศาสตร์รู้มาหลายปีแล้วว่าโลหะผสมนี้เป็นหนึ่งในคุกกี้ที่แข็ง อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ทำให้ทีมประหลาดใจก็คือ โลหะผสมนี้กลับแข็งแกร่งขึ้นและทนต่อการแตกร้าวได้มากขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดต่ำลง
ผู้เขียนศึกษาระบุว่าความต้านทานต่อการแตกหักสูงนี้ตรงกันข้ามกับวัสดุส่วนใหญ่ ซึ่งจะเปราะมากขึ้นในอุณหภูมิเยือกแข็งเท่านั้น
“ผู้คนพูดถึงความเหนียวของกราฟีน ซึ่งวัดได้เพียง 4 เมกะปาสคาลต่อเมตร” Robert Ritchieผู้ร่วมวิจัย(เปิดในแท็บใหม่)ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมแห่ง University of California Berkeley และนักวิทยาศาสตร์อาวุโสของ Lawrence Berkeley National Laboratory กล่าวกับ Live Science “ความเหนียวของโลหะผสมอลูมิเนียมที่ใช้ในเครื่องบินอยู่ที่ 35 เมกะปาสคาลต่อเมตร วัสดุนี้มีความเหนียวอยู่ที่ 450 ถึง 500 เมกะปาสคาลต่อเมตร… นี่เป็นตัวเลขที่เหลือเชื่อ”
การใช้งานที่เป็นไปได้ของวัสดุที่ทนทานดังกล่าวมีตั้งแต่โครงสร้างพื้นฐานในอวกาศไปจนถึงภาชนะที่ทนต่อการแตกหักสำหรับการใช้พลังงานสะอาดบนโลกนี้ อย่างไรก็ตาม ริทชี่ตั้งข้อสังเกตว่า 2 ใน 3 ธาตุของโลหะผสม (นิกเกิลและโคบอลต์) มีราคาแพงมาก ทำให้โลหะผสมไม่มีประโยชน์ต่อห้องปฏิบัติการในอนาคตอันใกล้
อัลลอยด์แปลกๆ
โลหะ ผสมโครเมียมโคบอลต์และนิกเกิลเป็นตัวอย่างของโลหะผสมที่มีเอนโทรปีสูง (HEA ) ซึ่งแตกต่างจากโลหะผสมส่วนใหญ่ซึ่งส่วนใหญ่ทำจากองค์ประกอบเดียวโดยเพิ่มองค์ประกอบเพิ่มเติมในปริมาณที่น้อยกว่า HEAs ทำจากส่วนผสมที่เท่ากันของแต่ละองค์ประกอบ
ผู้เขียนศึกษากล่าวว่า HEA นี้อ่อนหรือเหนียวมาก ซึ่งหมายความว่าสามารถโค้งงอได้ภายใต้แรงกดเพื่อทนต่อการแตกหัก โครงสร้างโมเลกุลของโลหะผสมที่ไม่ชอบมาพากลหลายประการทำให้มันอ่อนตัวเป็นพิเศษ กลไกสำคัญอย่างหนึ่ง เช่น ทำให้อะตอมภายในโลหะผสมหลุดออกจากกันภายใต้ความกดดัน ปล่อยให้เกิดการเฉือนทับกัน สิ่งนี้พร้อมกับกลไกอื่นๆ ช่วยให้วัสดุเปลี่ยนรูปได้เรื่อยๆ เมื่อความดันเพิ่มขึ้น โดยไม่แตกหักหรือแตกหัก
“แต่ละกลไกเหล่านี้จะเริ่มต้นขึ้นในภายหลังเมื่อคุณเพิ่มความเครียดให้กับวัสดุ และนั่นคือสูตรที่สมบูรณ์แบบสำหรับความเหนียวสูง” Ritchie กล่าวเสริม “สิ่งที่น่าทึ่งคือกลไกเหล่านี้มีประสิทธิภาพมากขึ้นในอุณหภูมิที่เย็นกว่า”
นักวิจัยเริ่มทดสอบความเหนียวของโลหะผสมโดยให้สัมผัสกับไนโตรเจนเหลวที่อุณหภูมิประมาณ -321 องศาฟาเรนไฮต์ (ลบ 196 องศาเซลเซียส) เมื่อความแกร่งของโลหะผสมดีขึ้นเท่านั้น ทีมงานก็สงสัยว่าพวกเขาจะสามารถผลักดันขีดจำกัดของวัสดุไปได้ไกลแค่ไหน
ตงหลิว(เปิดในแท็บใหม่)นักฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยบริสตอลในอังกฤษและเพื่อนร่วมงานได้ออกแบบการทดลองเพื่อให้โลหะผสมสัมผัสกับฮีเลียม เหลว ซึ่งสามารถเย็นตัวได้ถึงอุณหภูมิที่เย็นจัดถึงลบ 424 F (ลบ 253 C) จากนั้น ทีมงานเฝ้าดูนิวตรอนที่กระจายออกจากวัสดุในกระบวนการที่เรียกว่าการเลี้ยวเบนของนิวตรอนเพื่อเจาะเข้าไปในโครงสร้างของโลหะผสมและดูว่ารอยแตกก่อตัวขึ้นอย่างไรเมื่อความดันเพิ่มขึ้น
การทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อพูดถึงเรื่องความเหนียว โลหะผสมจะเป่ากราฟีนออกจากน้ำ
“กราฟีนมีความแข็งแกร่งสูงมาก แต่ก็ไม่มีความทนทานต่อความเสียหายใดๆ” Liu กล่าวกับ Live Science “มันเปราะและแตกเป็นเสี่ยงๆ เหมือนกับแก้วน้ำที่คุณโยนลงพื้นแตกเป็นชิ้นๆ”
ข้อเสียอีกประการหนึ่งของกราฟีนคือความแข็งแรงสูงจะคงไว้ในระดับนาโนเมตรที่เล็กเป็นพิเศษเท่านั้น Liu กล่าวเสริม ในขณะเดียวกัน ตัวอย่างของโครเมียม โคบอลต์ และโลหะผสมนิกเกิลที่ทดสอบโดย Liu และทีมงานของเธอนั้นมีขนาดเท่ากับซองบุหรี่ หมายความว่า HEA ยังคงความเหนียวในระดับของวัตถุในชีวิตประจำวัน
วัสดุแห่งอนาคต
แม้ว่าจะต้องมีการทดสอบเพิ่มเติมก่อนที่จะสามารถนำวัสดุนี้ไปใช้จริงได้ แต่ Liu ก็มองในแง่ดีว่าโลหะผสมนี้สามารถนำไปใช้กับโครงการต่างๆ มากมาย ทั้งในอวกาศและบนโลก ตัวอย่างเช่น สามารถใช้ HEA ใน คอนเทนเนอร์เก็บ ไฮโดรเจนซึ่งจะทำให้ยานพาหนะที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเป็นไปได้มากขึ้น
“ถ้าคุณขับรถด้วยภาชนะบรรจุไฮโดรเจนที่ทำจากสิ่งที่เปราะบางมาก เท่ากับว่าคุณแบกระเบิดไว้กับตัว” Liu กล่าว “แต่ไม่ใช่กับวัสดุนี้”
ในขณะเดียวกัน Ritchie ก็ระมัดระวังในการแนะนำการใช้งานโลหะผสมที่เป็นไปได้ เนื่องจากการเคลื่อนย้ายวัสดุจากห้องปฏิบัติการไปยัง “โลกแห่งความจริง” ต้องใช้ความรู้และเวลาอย่างมาก ในขณะที่ต้นทุนของนิกเกิลและโคบอลต์ยังคงสูงอย่างห้ามปราม อย่างไรก็ตาม เขาสนใจที่จะพัฒนาสูตรสำหรับโลหะผสมชนิดใหม่ที่อาจมีความแข็งพอๆ กัน โดยใช้องค์ประกอบที่แตกต่างกัน
“มี 50 ธาตุที่ใช้งานได้ในตารางธาตุ” ริทชี่กล่าว “การผสมสาม ห้า หรือเจ็ดอย่างเข้าด้วยกัน หมายความว่ามีโลหะผสมใหม่หลายล้านชนิด”
ไฮโลไทย, ไฮโลไทยได้เงินจริง, ไฮโลไทยเว็บตรง
ขอบคุณข้อมูลจาก:
