Một vật liệu đột phá đã xuất hiện thách thức sự hiểu biết thông thường về sức mạnh và độ bền.Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley và Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge đã phát triển hợp kim CrCoNi có độ entropy cao, một hợp nhất đáng chú ý của crôm, coban và niken thể hiện độ dẻo dai chưa từng có, đặc biệt là trong môi trường cực lạnh.
CrCoNi đại diện cho một sự lệch đáng kể từ các nguyên tắc thiết kế hợp kim truyền thống.hợp kim entropy cao (HEA) kết hợp nhiều nguyên tố trong tỷ lệ gần như bằng nhauCách tiếp cận sáng tạo này tạo ra các vật liệu có tính chất phi thường mà trước đây không thể đạt được.
Trong khi khái niệm HEAs được đề xuất cách đây hai thập kỷ, những tiến bộ gần đây trong công nghệ kiểm tra vật liệu đã cho phép các nhà nghiên cứu khám phá đầy đủ tiềm năng của chúng.Hợp kim CrCoNi đã chứng minh đặc biệt đặc trưng đáng chú ý trong điều kiện khắc nghiệt.
Giáo sư Robert Ritchie của UC Berkeley và Giáo sư Easo George của Đại học Tennessee đã dẫn đầu nghiên cứu CrCoNi.Nghiên cứu kéo dài một thập kỷ của họ bắt đầu với các quan sát về độ cứng đặc biệt của hợp kim ở nhiệt độ nitơ lỏng (-200 ° C)Sau đó, nhóm nghiên cứu đã đẩy nghiên cứu của họ đến nhiệt độ helium lỏng (-250 ° C) để khám phá giới hạn hiệu suất cuối cùng của vật liệu.
Độ cứng, thước đo quan trọng về khả năng chống gãy của vật liệu, kết hợp cả sức mạnh (khả năng chống biến dạng) và độ dẻo dai (khả năng biến dạng trước khi vỡ).Phương pháp thử nghiệm bao gồm áp dụng căng thẳng cho đến khi gãy trong khi đo lực cần thiết, hoặc đo lực cần thiết để lan truyền các vết nứt đã tồn tại.
Những phát hiện của nhóm nghiên cứu, được công bố trên tạp chí danh tiếngKhoa học, chi tiết hiệu suất của CrCoNi ở nhiệt độ helium lỏng. Sử dụng các kỹ thuật tiên tiến bao gồm khuếch tán neutron, khuếch tán electron ngược và kính hiển vi electron truyền,Các nhà khoa học đã phân tích cách cấu trúc nguyên tử của hợp kim góp phần vào sức mạnh đặc biệt của nó.
"Tại nhiệt độ gần như heli lỏng (20 Kelvin, -424 ° F), độ dẻo dai của vật liệu này đạt 500 MPa√m. Để đặt điều này vào quan điểm, silicon đo khoảng 1, máy bay nhôm khoảng 35,và thép tốt nhất khoảng 100. 500 là đáng kinh ngạc", Giáo sư Ritchie giải thích.
Tính chất đáng chú ý của CrCoNi xuất phát từ hành vi nguyên tử độc đáo của nó dưới áp lực.cấu trúc lưới của hợp kim trải qua các biến đổi phức tạp liên quan đến tương tác nguyên tử và sắp xếp lại tế bào đơn vịNhững cơ chế liên tục này hoạt động phối hợp để ngăn ngừa gãy xương.
Giáo sư Andrew Minor của Đại học UC Berkeley nhận xét: "Cơ cấu này bắt đầu đơn giản là hạt, nhưng khi biến dạng nó trở nên phức tạp đáng chú ý."Sự biến đổi này giải thích khả năng chống gãy đặc biệt của nó. "
Độ cứng cryogenic của CrCoNi làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi:
Ngoài CrCoNi, danh mục HEA rộng hơn đại diện cho một sự phát triển biến đổi trong khoa học vật liệu.Nghiên cứu hiện tại khám phá các ứng dụng trong động cơ phản lực, hệ thống giáp và công nghệ hạt nhân.
Trí tuệ nhân tạo đang đẩy nhanh sự phát triển của HEA bằng cách giúp các nhà nghiên cứu điều hướng các khả năng thành phần rộng lớn để xác định sự kết hợp tối ưu cho các ứng dụng cụ thể.
Mặc dù hứa hẹn, việc thực hiện HEA phải đối mặt với một số trở ngại:
Các giải pháp mới nổi bao gồm thiết kế hỗ trợ AI, kỹ thuật sản xuất mới như phương pháp phụ gia và phương pháp mô hình đa quy mô.
Sự phát triển của hợp kim entropy cao CrCoNi đánh dấu một cột mốc quan trọng trong khoa học vật liệu.Tính chất đặc biệt của nó và tiềm năng rộng lớn hơn của HEAs hứa hẹn sẽ thay đổi các ứng dụng kỹ thuật trên nhiều ngành công nghiệpMặc dù vẫn còn những thách thức trong việc đưa các vật liệu tiên tiến này vào sử dụng rộng rãi, việc tiếp tục nghiên cứu và đổi mới công nghệ có thể sẽ vượt qua những rào cản này,mở ra một kỷ nguyên mới của hiệu suất vật liệu.
