Atomnivåteknik möjliggör nya legeringar som inte kommer att brytas i extrem kyla

12 september 2025 rapport

av Paul Arnold, Phys.org

medarbetare

redigerad av Lisa Lock, granskad av Robert Egan

vetenskaplig redaktör

associate redaktör

Den här artikeln har granskats enligt Science X:s redaktionella process och policys. Redaktörer har framhävt följande egenskaper samtidigt som de säkerställer innehållets trovärdighet:

faktakontrollerad

peer-reviewed publicering

pålitlig källa

korrekturläst

För att navigera genom den extrema kylan i rymden eller hantera superkalla flytande bränslen här på jorden krävs material som inte går sönder. De flesta metaller blir spröda och går sönder vid så låga temperaturer. Dock är ny forskning banbrytande genom ett tillvägagångssätt att bygga metallstrukturer atom för atom för att skapa tuffa och hållbara legeringar som kan stå emot sådana hårda miljöer.

Traditionella stärkningsmetoder är ofta inte tillräckligt bra för dessa tillämpningar. Till exempel förstärker en vanlig värmebehandlingsmetod kallad utfällningshärdning metallerna genom att skapa små hårda partiklar inuti deras struktur. Men vid extrema temperaturer kan materialet förlora sin duktilitet (förmågan att böjas, sträckas eller dras till en ny form utan att gå sönder) och gå sönder plötsligt.

En studie publicerad i tidskriften Nature beskriver ett nytt sätt att designa metalllegeringar så att de förblir starka och tuffa även vid superlåga temperaturer. Den stora idén är att skapa en legering med två olika typer av perfekt arrangerade atomstrukturer inuti den. Dessa strukturer kallas subnanoskal korträckviddigt ordnande (SRO), vilket är små öar av organiserade atomer och nanoskal långräckviddigt ordnande (NLRO), som är något större.

Forskarna skapade sin legering med en kontrollerad process av värmebehandling och mekanisk formning, vilket fick atomstrukturerna att självassemblas. Med andra ord skapade forskarna förutsättningarna för att atomerna skulle ordna sig i den önskade strukturen.

Resultatet var en ny kobolt-nickel-vanadylegering som är exceptionellt stark och tålig vid temperaturer så låga som -186°C (87 K). Den testades genom att dras och sträckas i ett laboratorium vid extremt låga temperaturer för att se hur mycket stress den kunde hantera.

”Våra resultat belyser effekten av dubbel samexisterande kemisk ordning på de mekaniska egenskaperna hos komplexa legeringar och erbjuder riktlinjer för att kontrollera dessa ordningstillstånd för att förbättra deras mekaniska prestanda för kryogeniska tillämpningar,” skrev Shan-Tung Tu, en av studiens författare.

Med sin exceptionella styrka och hållbarhet, särskilt under extrema kalla förhållanden, skulle legeringen kunna ha talrika praktiska användningsområden. Inom rymdforskning kan den användas för att bygga mer hållbara rymdfarkoster som tål de extremt låga temperaturerna i rymden. För energisektorn kan legeringen skapa säkrare och mer pålitlig infrastruktur, som rör och tankar för flytande naturgas.

Forskarna tror också att deras atomnivås teknikutformning kan tillämpas på andra typer av legeringar. Detta kan leda till utvecklingen av en helt ny generation material som kan stå emot de tuffaste kalla förhållandena utan att kompromissa med prestanda eller säkerhet.

Skrivet för dig av vår författare Paul Arnold, redigerad av Lisa Lock, och faktakontrollerad och granskad av Robert Egan - den här artikeln är resultatet av noggrant mänskligt arbete. Vi förlitar oss på läsare som dig för att hålla oberoende vetenskapsjournalistik vid liv. Om den här rapporteringen betyder något för dig, överväg gärna en donation (särskilt månatlig). Du kommer att få ett annonsfritt konto som tack.

Mer information: Tiwen Lu et al, Dual-scale chemical ordering for cryogenic properties in CoNiV-based alloys, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09458-1

Designing an alloy microstructure atom by atom to withstand extreme cold, Nature (2025). DOI: 10.1038/d41586-025-02864-5

Tidskriftsinformation: Nature

© 2025 Science X Network