EO

Metaal kan vier keer harder

25 januari 2021 om 11:05 uur

Deze gouden 'munt' is gemaakt van bouwstenen van nanodeeltjes, dankzij een nieuwe techniek die is ontwikkeld door onderzoekers van Brown University. Door op deze manier bulkmetalen te maken, kan de microstructuur van het metaal nauwkeurig worden bepaald, wat de mechanische eigenschappen ervan verbetert. Foto: Chen Lab / Brown University

Metallurgen hebben allerlei manieren om een ​​stuk metaal harder te maken. Ze kunnen het buigen, verdraaien, tussen twee rollen laten lopen of erop slaan met een hamer. Deze methoden werken door de korrelstructuur van het metaal te verbreken - de microscopisch kleine kristallijne domeinen die een groot stuk metaal vormen. Kleinere korrels zorgen voor hardere metalen. Nu heeft een groep onderzoekers van Brown University (VS) een manier gevonden om metalen korrelstructuren van onderaf aan te passen.


In een paper gepubliceerd in het tijdschrift Chem, laten de onderzoekers een methode zien om individuele metalen nanoclusters samen te voegen tot solide brokken vast metaal op macroschaal. Mechanische tests lieten zien dat ze tot vier keer harder waren dan natuurlijk voorkomende metaalstructuren. Andere eigenschappen zoals elektrische geleiding en lichtreflectie waren vrijwel identiek aan standaard metalen.

 

"De bestaande hardingsmethoden zijn allemaal top-down manieren om de korrelstructuur te veranderen en het is erg moeilijk om de korrelgrootte te bepalen waarmee je uiteindelijk eindigt", zegt auteur Ou Chen. "Wij hebben bouwstenen van nanodeeltjes gemaakt die samensmelten als ze samenperst. Zo kan je uniforme korrelgroottes creëren die nauwkeurig kunnen worden getuned voor verbeterde eigenschappen."

 

De onderzoekers maakten ‘munten' op centimeterschaal met nanodeeltjes van goud, zilver, palladium en andere metalen. Dingen van deze omvang kunnen nuttig zijn voor het maken van hoogwaardige coatingmaterialen, elektroden of thermo-elektrische generatoren. Maar de onderzoekers denken dat het proces ook gemakkelijk kan worden opgeschaald om superharde metalen coatings of grotere industriële componenten te maken.

 

De sleutel tot het proces, zegt Chen, is de chemische behandeling die wordt gegeven aan de bouwstenen van nanodeeltjes. Metalen nanodeeltjes zijn meestal bedekt met organische moleculen, liganden genaamd, die in het algemeen de vorming van metaal-metaalbindingen tussen deeltjes voorkomen. Chen en zijn team hebben een manier gevonden om die liganden chemisch weg te strippen, waardoor de clusters met een beetje druk samensmelten.

 

 Er was een dramatische kleurverandering toen de nanodeeltjes werden samengeperst tot bulkmetaal. "Vanwege het plasmonische effect zijn gouden nanodeeltjes eigenlijk paarszwart van kleur. Maar als we druk uitoefenen, zien we deze paarsachtige clusters plotseling veranderen in een heldere gouden kleur. Dat is een van de manieren waarop we wisten dat we daadwerkelijk bulkgoud hadden gevormd."

 

Metallisch glas

In theorie zou de techniek kunnen worden gebruikt om elk soort metaal te maken. Chen en zijn team hebben zelfs metallisch glas gemaakt. Dit materiaal is amorf, wat betekent dat het de zich regelmatig herhalende kristallijne structuur van normale metalen mist. Dat geeft aanleiding tot opmerkelijke eigenschappen. Metallisch glas is gemakkelijker te vormen dan traditionele metalen, kan veel sterker en beter bestand zijn tegen scheuren, en vertoont supergeleiding bij lage temperaturen.

 

"Het maken van metallisch glas uit een enkele component is notoir moeilijk, dus het zijn meestal legeringen", zegt Chen. "Maar wij konden beginnen met amorfe palladiumnanodeeltjes en onze techniek gebruiken om een ​​palladiummetaalglas te maken."

 

Chen wil de techniek nu opschalen zodat hij kan worden gebruikt voor commerciële producten. "De chemische behandeling die op de nanoclusters wordt gebruikt, is vrij eenvoudig en de druk die wordt gebruikt om ze samen te persen, valt ruim binnen het bereik van standaard industriële apparatuur." Hij heeft de techniek gepatenteerd.

 

Gerelateerd nieuws

Kijk hoe robots de productie van windturbines versnellen

Kijk hoe robots de productie van windturbines versnellen (video)

Robots kunnen de krachtige magneten die nodig zijn in windturbines in 55 seconden in de elektrische generatoren plaatsen. Een mens doet hier een uur over - en loopt daarbij het risico zijn vingers te beknellen.

Een schaalbare methode voor de integratie van 2D-materialen in grote oppervlakken

Een schaalbare methode voor de integratie van 2D-materialen in grote oppervlakken

Tweedimensionale (2D) materialen hebben een enorm potentieel om apparaten te voorzien van veel kleinere afmetingen en uitgebreide functionaliteiten met betrekking tot wat kan worden bereikt met de huidige…

3D nanosupergeleiders laten groeien met DNA

Supergeleiders kunnen nu groeien van DNA

Complexe 3D-architecturen op nanoschaal op basis van zelfassemblage van DNA kunnen elektriciteit zonder weerstand geleiden en een platform bieden voor het fabriceren van kwantumcomputers en sensoren.

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

7 juni 2021, online

Vision, Robotics & Motion business event

Het online alternatief voor de vakbeurs Vision, Robotics & Motion.

29 juni 2021

Maak kennis met Onshape

Algemene kennismaking met cloudbased platform voor CAD/PDM.

29 juni 2021, online

Behoud onderhoudskennis – en ervaring in de energiesector met behulp van Mixed Reality

Hoe kunnen energiebedrijven voorkomen dat waardevolle kennis de deur uitloopt door vergrijzing en andere...

Meer agendapunten »