Los investigadores han demostrado que una aleación metálica de cromo, cobalto y níquel es oficialmente el material más resistente de la Tierra, más de 100 veces más resistente que el maravilloso material. grafeno.
En un nuevo estudio publicado el 1 de diciembre en la revista Ciencias (se abre en una pestaña nueva), Los investigadores sometieron la aleación ultrarresistente a temperaturas extremadamente frías para probar la resistencia a las fracturas del material. Los científicos han sabido durante años que esta aleación es una galleta resistente; sin embargo, para sorpresa del equipo, la aleación solo se volvió más dura y más resistente a las grietas a medida que las temperaturas caían en picado.
Esta súper resistencia a la fractura contrasta fuertemente con la mayoría de los materiales, que solo se vuelven más frágiles a temperaturas bajo cero, según los autores del estudio.
«La gente habla de la dureza del grafeno, y eso se mide en solo 4 megapascales por metro», coautor del estudio. Roberto Ritchie (se abre en una pestaña nueva), profesor de ingeniería en la Universidad de California Berkeley y científico senior de la facultad en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, dijo a WordsSideKick.com. «La dureza de las aleaciones de aluminio utilizadas en los aviones es de 35 megapascales por metro. Este material tiene una dureza de 450 a 500 megapascales por metro… estos son números alucinantes».
Las aplicaciones potenciales de un material tan resistente van desde infraestructura espacial hasta contenedores resistentes a fracturas para usos de energía limpia aquí en la Tierra. Sin embargo, señaló Ritchie, dos de los tres elementos de la aleación (níquel y cobalto) son prohibitivamente caros, lo que limita la utilidad de la aleación para el laboratorio en el futuro previsible.
Extraña aleación
Él cromo, cobalto y níquel aleación es un ejemplo de una aleación de alta entropía (HEA). A diferencia de la mayoría de las aleaciones, que están hechas predominantemente de un elemento con cantidades más bajas de elementos adicionales agregados, los HEA están hechos de una mezcla igual de cada elemento constituyente.
Este HEA es extremadamente maleable o dúctil, lo que significa que puede doblarse bajo presión para resistir la fractura, según los autores del estudio. Varias peculiaridades de la estructura molecular de la aleación la hacen extraordinariamente maleable. Un mecanismo clave, por ejemplo, hace que los átomos dentro de la aleación se disloquen bajo presión, lo que les permite cortarse unos sobre otros. Esto, junto con varios otros mecanismos, permite que el material siga deformándose a medida que aumenta la presión, sin fracturarse ni romperse.
«Cada uno de estos mecanismos se activa en una etapa posterior cuando aumenta la tensión en el material y esa es la receta perfecta para una alta dureza», agregó Ritchie. «Lo que es notable es que estos mecanismos se vuelven más efectivos en temperaturas más frías».
Los investigadores probaron inicialmente la dureza de la aleación exponiéndola a nitrógeno líquido a temperaturas de alrededor de menos 321 grados Fahrenheit (menos 196 grados Celsius). Cuando la dureza de la aleación solo mejoró, el equipo se preguntó cuánto más podrían empujar los límites del material.
dong liu (se abre en una pestaña nueva)un físico de la Universidad de Bristol en Inglaterra, y sus colegas diseñaron un experimento para exponer la aleación a líquidos helio, que puede enfriarse a temperaturas superfrígidas de menos 424 F (menos 253 C). Luego, el equipo observó cómo los neutrones se dispersaban del material en un proceso llamado difracción de neutrones para observar la estructura de la aleación y ver cómo se formaban grietas a medida que aumentaba la presión.
El experimento mostró que cuando se trataba de dureza, la aleación expulsó al grafeno del agua.
«El grafeno tiene una resistencia muy alta, pero no tiene tolerancia al daño», dijo Liu a WordsSideKick.com. «Es muy frágil y se rompe como una taza que tiras al suelo y se rompe en pedazos».
Otro inconveniente del grafeno es que su alta resistencia solo se mantiene en escalas nanométricas excepcionalmente pequeñas, agregó Liu. Mientras tanto, las muestras de aleación de cromo, cobalto y níquel probadas por Liu y su equipo eran del tamaño de un paquete de cigarrillos, lo que significa que el HEA mantuvo su dureza a la escala de los objetos cotidianos.
Materiales del futuro
Si bien se necesitan más pruebas antes de que este material pueda aplicarse en la práctica, Liu es optimista de que la aleación podría usarse para muchos proyectos, tanto en el espacio como en la Tierra. Por ejemplo, el HEA podría usarse en hidrógeno contenedores de almacenamiento que podrían hacer más factibles los vehículos propulsados por hidrógeno que no dañan el medio ambiente.
«Si conduce un automóvil con un recipiente de hidrógeno hecho de algo muy frágil, esencialmente está llevando una bomba consigo», dijo Liu. «Pero no con este material».
Mientras tanto, Ritchie es cauteloso al sugerir posibles aplicaciones de la aleación, ya que mover el material del laboratorio al «mundo real» requiere mucho conocimiento y tiempo, mientras que los costos del níquel y el cobalto siguen siendo prohibitivamente altos. Sin embargo, está interesado en desarrollar recetas para nuevas aleaciones que puedan ser igual de resistentes, usando diferentes elementos.
«Hay 50 elementos utilizables en la tabla periódica», dijo Ritchie. «Tomar combinaciones de tres, cinco o siete de ellos significa que hay millones de nuevas aleaciones».
