Teknik baru ini membangun logam super keras dengan memecah partikel nano kecil menjadi satu

“Koin” emas ini dibuat dari blok bangunan partikel nano, berkat teknik baru yang dikembangkan oleh para peneliti di Universitas Brown. Membuat logam dalam jumlah besar dengan cara ini memungkinkan untuk menentukan struktur mikro logam, yang meningkatkan sifat mekaniknya. Kredit: Lab Chen / Universitas Brown

Para peneliti di Brown University telah mendemonstrasikan cara membuat logam massal dengan menghancurkan partikel nano logam kecil, memungkinkan struktur butiran khusus dan meningkatkan sifat mekanis dan lainnya.

Ahli metalurgi memiliki berbagai cara untuk membuat logam lebih keras. Mereka dapat membengkokkannya, memutarnya, mengopernya di antara dua rol, atau memukulnya dengan palu. Metode ini bekerja dengan memecah struktur butiran logam: domain mikroskopis kristal yang membentuk sepotong logam curah. Butir yang lebih kecil menghasilkan logam yang lebih keras.

Sekarang, sekelompok peneliti di Brown University telah menemukan cara untuk menyesuaikan struktur butiran logam dari bawah ke atas. Dalam artikel yang diterbitkan di jurnal Chem, peneliti menunjukkan metode untuk memecah nanocumulus logam individu bersama-sama untuk membentuk potongan logam padat pada skala makro. Pengujian mekanis logam yang dilakukan dengan teknik ini menunjukkan bahwa logam tersebut empat kali lebih keras daripada struktur logam di alam.

“Metode palu dan pengerasan lainnya adalah cara untuk mengubah struktur butiran dan sangat sulit untuk mengontrol ukuran butiran yang Anda hasilkan,” kata Ou Chen, asisten profesor kimia Brown dan penulis terkait dari penelitian baru tersebut. “Apa yang telah kami lakukan adalah membuat blok bangunan partikel nano yang melebur saat Anda menekannya. Dengan cara ini, kami dapat memperoleh ukuran butir seragam yang dapat disesuaikan secara tepat untuk mendapatkan sifat yang lebih baik. “

Logam curah dari blok penyusun nanopartikel

Para peneliti di Brown University telah mendemonstrasikan cara untuk membuat logam curah dari blok bangunan partikel nano. Untuk studi baru, tim membuat “koin” logam dari nanopartikel emas, perak, paladium, dan logam lainnya. Kredit: Laboratorium Universitas Chen / Brown

Untuk studi ini, para peneliti membuat “koin” dalam skala sentimeter menggunakan nanopartikel emas, perak, paladium, dan logam lainnya. Elemen sebesar ini dapat berguna untuk membuat bahan pelapis berkinerja tinggi, elektroda, atau generator termoelektrik (perangkat yang mengubah fluks panas menjadi listrik). Tetapi para peneliti berpikir proses tersebut dapat dengan mudah diperpanjang untuk membuat lapisan logam super keras atau komponen industri yang lebih besar.

Chen mengatakan kunci dari proses tersebut adalah perlakuan kimiawi yang diberikan pada blok bangunan nanopartikel. Nanopartikel logam biasanya dilapisi dengan molekul organik yang disebut ligan, yang umumnya mencegah pembentukan ikatan logam-ke-logam antar partikel. Chen dan timnya menemukan cara untuk menghilangkan ligan-ligan ini secara kimiawi, memungkinkan kluster menyatu dengan beberapa tekanan.

Penelitian menunjukkan bahwa koin logam yang dibuat dengan teknik ini jauh lebih keras daripada koin logam standar. Koin emas, misalnya, dua hingga empat kali lebih keras dari biasanya. Para peneliti menemukan bahwa sifat-sifat lain, seperti konduksi listrik dan pantulan cahaya, hampir identik dengan logam standar.

Sifat optik koin emas sangat menarik, kata Chen, karena ada perubahan warna yang dramatis ketika nanopartikel dikompresi menjadi logam massal.

“Karena apa yang dikenal sebagai efek plasmonik, nanopartikel emas berwarna hitam keunguan,” kata Chen. “Tapi saat kami menekan, kami melihat gugusan ungu ini tiba-tiba berubah menjadi warna emas cerah. Itulah salah satu cara kami tahu bahwa kami benar-benar membentuk emas dalam jumlah besar. “

Secara teori, kata Chen, teknik ini dapat digunakan untuk membuat semua jenis logam. Faktanya, Chen dan timnya mendemonstrasikan bahwa mereka dapat membuat bentuk logam eksotis yang dikenal sebagai kaca metalik. Kristal logam bersifat amorf, yaitu tidak memiliki struktur kristal logam normal yang berulang secara teratur. Ini menghasilkan sifat yang luar biasa. Kristal logam lebih mudah dicetak daripada logam tradisional, bisa lebih kuat dan tahan retak, dan menunjukkan superkonduktivitas pada suhu rendah.

“Membuat kaca logam dari satu komponen sangat sulit dibuat, jadi kebanyakan kaca logam adalah paduan,” kata Chen. “Tapi kami bisa memulai dengan nanopartikel paladium amorf dan menggunakan teknik kami untuk membuat kaca paladium metalik.”

Chen yakin teknik ini suatu hari akan digunakan secara luas untuk produk komersial. Perlakuan kimia yang digunakan dalam nanocluster cukup sederhana dan tekanan yang digunakan untuk mengikatnya berada dalam kisaran peralatan industri standar. Chen telah mematenkan teknik tersebut dan berharap untuk terus mempelajarinya.

“Kami yakin ada banyak potensi di sini, baik untuk industri maupun komunitas penelitian ilmiah,” kata Chen.

Referensi: “Bahan curah untuk batas butir nanokristalin” oleh Yasutaka Nagaoka, Masayuki Suda, Insun Yoon, Na Chen, Hanjun Yang, Yuzi Liu, Brendan A. Anzures, Stephen W. Parman, Zhongwu Wang, Michael Grünwald, Hiroshi M. Yamamoto dan Ou Chen, 22 Januari 2021, Chem.
DOI: 10.1016 / j.chempr.2020.12.026

Rekan penulis Chen di atas kertas adalah Yasutaka Nagaoka, Masayuki Suda, Insun Yoon, Na Chen, Hanjun Yang, Yuzi Liu, Brendan A. Anzures, Stephen W. Parman, Zhongwu Wang, Michael Grünwald, dan Hiroshi M. Yamamoto. Penelitian ini didukung oleh National Science Foundation (CMMI-1934314, DMR-1332208, DMR-1848499) dan Departemen Energi Amerika Serikat (DE-AC02-06CH11357).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Topan Super Surigae menyulut Pasifik

19 April 2021 Topan super mencapai intensitas ekstrem setahun lebih banyak daripada badai era satelit mana pun. Surigae tidak akan mendarat, tetapi topan yang muncul di...

Mekanisme fotoenzim kunci yang diuraikan

Kesan artis tentang katalisis enzimatik yang diusulkan dalam mekanisme fotodekarboksilase asam lemak (Sains 2021). Kredit: Damien Sorigué Pengoperasian enzim FAP, yang berguna untuk memproduksi...

DOE Mendorong Investasi A.S. yang Agresif dalam Energy Fusion

Sinar laser energi tinggi NIF berkumpul di target di tengah kamera target. Keberhasilan mendapatkan penyalaan fusi akan menjadi langkah maju yang besar dalam...

Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan...

Ahli paleontologi memperkirakan bahwa 2,5 miliar T. rex menjelajahi Bumi selama periode Kapur

Untuk semua mereka yang terlambatKapur Menurut sebuah studi baru, jumlah total tyrannosaurus yang pernah hidup di Bumi adalah sekitar 2,5 miliar individu, di mana...

Newsletter

Subscribe to stay updated.