اكتشف الباحثون سبيكة معدنية “غير قابلة للتدمير” خلال إحدى التجارب. وأدهش الخليط الفريق من ناحيتين: فهو يظل صلبا عند درجات الحرارة المرتفعة، ومع ذلك لا يشكل شقوقا في درجات الحرارة الباردة. يفتح هذا الاكتشاف فرصًا جديدة لأبحاث المواد.
كل شيء موجود في الخليط: اكتشف الباحثون سبيكة معدنية لا تلين ولا تنكسر، حتى في درجات الحرارة القصوى. يظل خليط النيوبيوم والتنتالوم والتيتانيوم والهافنيوم صلبًا حتى عند تسخينه إلى 1600 درجة مئوية ومع ذلك لا يصبح هشًا عند درجات حرارة أقل من الصفر – وهو مزيج غير عادي من خصائص المعادن. وبالتالي يمكن للسبائك أن تفتح تطبيقات جديدة في مجال التكنولوجيا والسفر إلى الفضاء، كما أفاد الفريق في مجلة “Science”. ولكن ما الذي يجعل هذه السبيكة مستقرة إلى هذا الحد؟
سواء في محطات توليد الطاقة أو الآلات أو في مجال الطيران – تتطلب العديد من المجالات التقنية مواد معدنية تظل مستقرة حتى في مواجهة درجات الحرارة المرتفعة والقوى القوية. عادة ما يتم استخدام السبائك الخاصة التي لها نقطة انصهار عالية والتي يمكن لشبكتها الذرية أن تتحمل التشوه الدائم لفترة طويلة. ومع ذلك، فإن هذه المواد تصبح هشة بسرعة وتتكسر في درجات الحرارة الباردة. في الظروف الباردة، عادة ما يتم استخدام سبائك أخرى مقاومة للتشقق بشكل خاص.
لكن الآن اكتشف الباحثون بقيادة ديفيد كوك من مختبر لورانس بيركلي الوطني (LBNL) سبيكة معدنية يمكنها القيام بالأمرين معًا: فهي تظل صلبة عند درجات حرارة عالية، ومع ذلك لا تشكل شقوقًا عندما يكون الجو باردًا. كانت نقطة البداية في ذلك هي التجارب التي أُجريت على ما يسمى بالسبائك الحرارية ذات الإنتروبيا العالية (RHEA). هذه هي المواد التي يتم فيها خلط عدة معادن ذات نقطة انصهار عالية معًا بنسب متساوية تقريبًا.
يقول بونيت كومار، زميل كوك: “لقد عمل فريقنا على مثل هذه السبائك لفترة طويلة، ووجدنا مرارًا وتكرارًا أن هذه المواد مقاومة للحرارة للغاية، ولكنها تتمتع بمقاومة منخفضة للغاية للتشقق”. في الطقس البارد، فهي من بين المعادن الأكثر هشاشة على الإطلاق.
وقد تفاجأ كوك وفريقه عندما تصرفت إحدى سبائك RHEA التي صنعوها بشكل مختلف تمامًا. الخليط المكون من حوالي 45% من النيوبيوم، و25% من التنتالوم، و15% من التيتانيوم، و15% من الهافنيوم، يتصرف بشكل غير عادي بطريقتين. من ناحية، عند تسخينه، أصبح في البداية أكثر صلابة وأكثر مقاومة للانحناء بدلاً من أن يكون أكثر ليونة. انخفضت هذه القوة إلى حد ما تحت الحرارة العالية، لكن السبيكة لا تزال قادرة على تحمل درجات حرارة تصل إلى 1600 درجة دون أن تذوب وتصبح طرية. يقول الباحثون: “هذا الاتجاه هو عكس اتجاه معظم المواد تمامًا”.
ومن ناحية أخرى فإن الخليط المعدني لم يصبح هشا عندما كان باردا. “عندما انخفضت درجة الحرارة إلى 196 درجة تحت الصفر، ظلت مقاومة التشقق مرتفعة باستمرار. حتى أن قوة الكسر للسبائك المصنوعة من النيوبيوم والتنتالوم والتيتانيوم والهافنيوم تجاوزت قوة الفولاذ المبرد الخاص في بعض نطاقات درجات الحرارة، كما حدد الفريق. وقال كوك وزملاؤه: “كانت جميع القيم عالية ورائعة حقًا بالنسبة لسبائك RHEA”.
ولكن ما الذي يكمن وراء هذه المرونة غير العادية؟ لمعرفة ذلك، قام الباحثون بتحليل المعدن أثناء الاختبارات باستخدام طرق بلورية مثل تحليل التشتت الخلفي للإلكترون (EBSD) والمجهر الإلكتروني. وكشف هذا أنه تحت الضغط، تتشكل عيوب خاصة تسمى أشرطة شبكية في الشبكة البلورية للسبيكة. في هذه الشرائط الضيقة، ينهار هيكل الشبكة المطلوبة محليًا.
عادة، تميل مثل هذه العيوب إلى جعل المعدن أكثر هشاشة وغير مستقر، ولكن في حالة سبيكة RHEA الجديدة، فإن العكس هو الصحيح: “تقمع هذه الأربطة تصلب الإجهاد عن طريق إعادة توجيه الشرائح الدقيقة من البلورة نحو إجهاد القص الأعلى”، كما يقول الفريق. يشرح. “بالتوازي، تتم إعادة بلورة الشبكة باستمرار استجابةً للضغوط المحلية على طول هذه النطاقات، وبالتالي توجيه الضرر بعيدًا عن طرف الشق.”
يقول كوك: “إننا نظهر لأول مرة أن مثل هذه العصابات الملتوية تعكس الضرر الناجم عن الانفصال بين الذرات، وبالتالي تمنع انتشار الشقوق”. “وهذا يمنح هذه المادة قوة كسر استثنائية.”
ووفقا لفريق البحث، فإن اكتشاف هذه السبيكة يفتح إمكانيات جديدة لأبحاث المواد. كتب كوك وزملاؤه: “خلافًا للاعتقاد الشائع، يمكن للسبائك المعقدة والصهرية أن تظهر ثباتًا استثنائيًا في الشقوق عبر نطاقات درجات الحرارة القصوى، حتى في النظام المبرد”. “إن هذا التحمل الاستثنائي للضرر يفتح إمكانية استخدام مثل هذه السبائك المقاومة للحرارة في التطبيقات الحرجة للسلامة.”
ومن الممكن، على سبيل المثال، استخدامه في المفاعلات أو المحركات أو في الفضاء الجوي. في كل هذه المناطق، يجب على المعادن أن تتحمل الأحمال العالية في درجات الحرارة القصوى. وإلى أن يتم استخدام السبيكة الجديدة، يرغب كوك وفريقه في استكشاف خصائصها وخصائصها بشكل أكبر. (ساينس، 2024؛ دوي: 10.1126/science.adn2428)
Quelle: وزارة الطاقة / مختبر لورانس بيركلي الوطني
التستوستيرون هو هرمون الذكورة النهائي. إذا كانت القيم منخفضة للغاية لدى الرجال، فلن يكون لها تأثير سلبي على الحياة الجنسية فحسب، بل على صحتهم أيضًا. وفقا لدراسة جديدة، فإن تجاوز قيم معينة يزيد من خطر الوفاة مبكرا.
تعتبر القهوة المطحونة متعددة الاستخدامات ويمكن استخدامها للعديد من الأشياء المختلفة. اقرأ هنا لماذا يمكن أن يكون هذا مفيدًا أيضًا للشواء.
النص الأصلي لهذا المقال “تفاجأ الباحثون بشكل مضاعف بالسبائك “غير القابلة للتدمير” المكتشفة حديثًا” يأتي من scinexx.
