Inżynieria na poziomie atomowym umożliwia tworzenie nowych stopów, które nie pękną w ekstremalnie niskich temperaturach.

12 września 2025 roku raport

autorstwa Paula Arnolda, Phys.org

autor współpracujący

redakcja dokonana przez Lisę Lock, recenzja przez Roberta Egana

redaktor naukowy

redaktor współpracujący

Ten artykuł został przejrzany zgodnie z procesem redakcyjnym przez Science X oraz politykami. Redaktorzy podkreślili następujące cechy, dbając o wiarygodność treści:

sprawdzone fakty

publikacja z przeglądem przez rówieśników

zaufane źródło

skorygowane

Poruszanie się w skrajnie zimnej przestrzeni kosmicznej lub obchodzenie się z bardzo schłodzonymi płynami na Ziemi wymaga materiałów, które się nie złamią. Większość metali staje się krucha i pęka przy tak niskich temperaturach. Jednak nowe badania pioniersko stosują podejście do budowy struktur metalowych atom po atomie, aby stworzyć trwałe i wytrzymałe stopy, które mogą wytrzymać takie surowe warunki.

Tradycyjne metody wzmacniania często nie wystarczają do tych zastosowań. Na przykład powszechna technika obróbki cieplnej, nazywana hartowaniem wydzieleniowym, wzmacnia metale poprzez tworzenie drobnych twardych cząstek w ich strukturze. Ale w ekstremalnych temperaturach materiały mogą stracić swoją plastyczność (zdolność do zginania, rozciągania lub rozciągania się w nowy kształt bez pękania) i pękać nagle.

Badanie opublikowane w czasopiśmie "Nature" opisuje nowy sposób projektowania stopów metalowych tak, aby pozostawały mocne i wytrzymałe nawet przy super niskich temperaturach. Wielkim pomysłem jest stworzenie stopy z dwóch różnych rodzajów idealnie uporządkowanych struktur atomowych w jej wnętrzu. Te struktury nazywane są krótkoogniskowym uporządkowaniem na podnanometrową skalę (SRO), czyli małymi wysepkami zorganizowanych atomów oraz długoomówiennym uporządkowaniem na nutową skalę (NLRO), czyli nieco większymi.

Badacze stworzyli swoją stopę za pomocą kontrolowanego procesu obróbki cieplnej i mechanicznego kształtowania, który spowodował samoorganizację struktur atomowych. Innymi słowy, naukowcy stworzyli warunki, aby atomy ułożyły się w pożądaną strukturę.

Wynikiem był nowy stop kobaltowo-niklowo-wanadowy, który jest wyjątkowo silny i wytrzymały nawet w temperaturach tak niskich jak -186°C (87 K). Testowano go, przeciągając i rozciągając w laboratorium w ekstremalnie niskich temperaturach, aby zobaczyć, ile stresu jest w stanie wytrzymać.

'Nasze wyniki podkreślają wpływ współistniejącego dwuskalowego uporządkowania chemicznego na własności mechaniczne złożonych stopów i oferują wytyczne do kontroli tych stanów uporządkowania w celu poprawy ich wydajności mechanicznej w zastosowaniach kriogenicznych,' napisał Shan-Tung Tu, jeden z autorów badania.

Dzięki swojej wyjątkowej sile i wytrzymałości, zwłaszcza w ekstremalnie zimnych warunkach, stop ten mógłby znaleźć liczne praktyczne zastosowania. W eksploracji kosmosu mógłby być używany do budowy bardziej trwałych statków kosmicznych, które mogą wytrzymać ekstremalnie niskie temperatury przestrzeni kosmicznej. W sektorze energetycznym stop mógłby stworzyć bardziej bezpieczną i niezawodną infrastrukturę, taką jak rurociągi i zbiorniki do skroplonego gazu ziemnego.

Badacze wierzą również, że ich podejście do inżynierii na poziomie atomowym może być stosowane do innych rodzajów stopów. Mogłoby to prowadzić do rozwoju całej nowej generacji materiałów, które będą w stanie przetrwać najbardziej surowe warunki zimna, nie kompromitując wydajności lub bezpieczeństwa.

Napisane dla Ciebie przez naszego autora Paula Arnolda, zredagowane przez Lisę Lock i sprawdzone pod kątem faktów przez Roberta Egana - ten artykuł jest wynikiem staranności ludzkiej pracy. Polegamy na czytelnikach takich jak Ty, aby utrzymać niezależną dziennikarstwo naukowe przy życiu. Jeśli ta relacja jest dla Ciebie ważna, prosimy rozważ darowiznę (szczególnie miesięczną). Otrzymasz konto bez reklam jako podziękowanie.

Więcej informacji: Tiwen Lu et al, Dwuskalowe uporządkowanie chemiczne w zastosowaniu na własności kriogeniczne w stopach CoNiV, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09458-1

Projektowanie struktury mikroskopijnej stali atom po atomie, aby przetrwać ekstremalne zimno, Nature (2025). DOI: 10.1038/d41586-025-02864-5

Informacje o czasopiśmie: Nature

© 2025 Sieć Science X