Các nhà khoa học Trung Quốc chế tạo vàng với những lỗ rỗng tí hon được phân bố hợp lý giúp tăng 50 - 100% độ bền chắc.
Nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi chuyên gia Jin Haijun tại Phòng thí nghiệm Khoa học Vật liệu Quốc gia Thẩm Dương thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) phát triển phương pháp mới để sản xuất vàng nguyên chất vừa bền chắc vừa nhẹ, Interesting Engineering hôm 15/8 đưa tin. Nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Science.
Vàng nguyên chất có thể được nâng cấp nhờ kỹ thuật sản xuất mới. (Ảnh: iStock).
Theo truyền thống, các kỹ thuật tạo hình kim loại như đúc, hàn, in 3D được thiết kế để loại bỏ bong bóng bên trong kim loại vì chúng thường bị coi là lỗi vật liệu, làm giảm độ bền và hỏng bề mặt. Nhưng trong nghiên cứu mới, thay vì loại bỏ, nhóm chuyên gia đã điều chỉnh kích thước, hình dạng và sự phân bố của bong bóng, giúp giảm tác động tiêu cực và mang lại những lợi ích bất ngờ.
Nhóm nghiên cứu sử dụng vàng làm vật liệu mẫu để phát triển kỹ thuật mới, tạo ra vàng nhiều lỗ rỗng thông qua quá trình ăn mòn chọn lọc. Bằng cách nén, sau đó tôi kim loại, họ tạo ra vật liệu mới với các lỗ nano nhỏ hơn 100 nanomet nằm rải rác.
Thử nghiệm cho thấy, việc thêm các lỗ nano với tỷ lệ thể tích 5 - 10% giúp tăng 50 - 100% độ bền chắc cho vàng. Vật liệu mới này có thể chịu tải lớn hơn trong khi vẫn giữ được độ dẻo tốt. Một số trường hợp, độ dẻo thậm chí còn tốt hơn vàng đặc cùng kích thước.
"Sự nâng cấp này là do các lỗ nano phân tán giúp giảm nhẹ sức ép và sự tập trung ứng suất xung quanh các khoảng rỗng, nhờ đó ngăn vết nứt hình thành. Diện tích bề mặt riêng lớn của vật liệu thúc đẩy tương tác giữa bề mặt và những phần sai lệch, giúp tăng độ bền chắc và tốc độ cứng biến dạng - yếu tố góp phần làm tăng độ dẻo. Vị trí chiến lược của các lỗ nano giúp cân bằng độ bền và độ dẻo của vật liệu", Jin cho biết.
Cách truyền thống để tăng độ bền chắc thường là thêm những hợp kim nhẹ hơn như nhôm hoặc lithium. Phương pháp mới thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí, giúp nâng cấp kim loại mà không làm tăng trọng lượng hay gây ô nhiễm.
Các lỗ nano phân tán làm giảm mật độ của vàng nguyên chất hơn 10%, giúp vàng nhẹ hơn và có thể tái chế. Phương pháp mới cũng bảo toàn các đặc tính vật lý và hóa học thiết yếu của vàng như dẫn nhiệt, dẫn điện và chống ăn mòn. Do đó, phương pháp này có thể tác động đáng kể đến hàng không vũ trụ, ôtô, điện tử tiêu dùng - những ngành rất cần vật liệu bền và nhẹ.