Maailman lujin materiaali on nyt kromin, koboltin ja nikkelin yhdiste

Metalliseos on yli 100 kertaa sitkeämpää kuin luja grafeeni. Sen kesto vain kohenee hyvin alhaisissa lämpötiloissa.

Mikroskoopin kuvassa metalliseos on kokeessa –253 asteessa pakkasta. Vasta silloin yhdisteessä alkoi näkyä murtumia.

12.1. 13:41

Kromin, koboltin ja nikkelin metalliseos on nyt virallisesti maapallon lujin materiaali. Se on yli sata kertaa lujempi kuin ihmemateriaalina pidetty grafeeni, puhtaan hiilen yksi muoto.

Materiaalien tutkijat ovat tienneet jo vuosia, että tuo metalliseos on hyvin lujaa.

Kokeet yllättivät silti. Seos vain lujittui, vaikka kokeen lämpötilat kokeessa laskivat. Metalliseokseen tuli vähemmän säröjä kuin huoneen lämpötiloissa.

Tällainen murtumisen sieto on poikkeuksellista. Useimmat materiaalit muuttuvat heikommiksi, kun ne kylmenevät.

”Paljon puhutaan grafeenin lujuudesta. Sen kestävyys on ilmaistu arvolla neljä megapascalia metriä kohti”, sanoo Robert Ritchie. Hän on Kalifornian yliopiston tekniikan professori Berkeleyssä.

Pascal on paineen yksikkö. Yksi pascal (Pa) on paine, jonka yhden newtonin voima aiheuttaa, kun se kohdistuu neliömetrin pinta-alalle. Megapascal on miljoona pascalia.

”Tämän materiaalin lujuus (toughness) on 450–500 megapascalia neliömetriä kohti. Nämä ovat käsittämättömiä lukuja.”

Lawrencen kansallinen laboratorio Berkeleyssä kertoi Live Science -verkkopalvelulle, että lentokoneissa käytetään alumiinisia metalliseoksia, joiden sitkeys on 35 megapascalia neliömetrillä.

Uutta materiaalia voi käyttää esimerkiksi avaruudessa, jossa on ääriolot. Maan päällä metalliseos sopii esimerkiksi säiliöiden aineeksi.

Ritchie muistuttaa kuitenkin, että kaksi metalliseoksen kolmesta alkuaineesta eli nikkeli ja koboltti ovat kohtuuttoman kalliita. Se rajoittaa tämän metalliseoksen eli lejeeringin käyttöä.

Kromi-, koboltti- ja nikkeliseos on esimerkki metalliseoksesta, jota valmistetaan laittamalla sekoitukseen yhtä paljon jokaista aineosaa.

Tutkijat selittivät metalliseoksen lujuutta sen molekyylirakenteella. Metalliseoksen atomit esimerkiksi voivat siirtyä paikoiltaan kovassakin paineessa. Tällöin ne voivat liukua toistensa päälle.

Liike mahdollistaa sen, että materiaali voi muuttaa muotoaan paineen kasvaessa, eikä se silti murru tai rikkoudu.

Tutkijat altistivat kokeessa metalliseoksen ensiksi nestemäiselle typelle, jonka lämpötila on noin miinus 196 astetta celsiusta.

Sitten lejeerinki laitettiin nestemäisen heliumiin. Sen lämpötila on peräti miinus 253 astetta celsiusta, kertoo koetta tehnyt Dong Liu. Hän on fyysikko Bristolin yliopistosta Englannissa.

Vasta sitten yhdiste osoitti murtumisen merkkejä.

Grafeeni jää selvästi kakkoseksi. Se on luja vain pienessä, nanometrien kokoluokissa, Liu kertoo Live Sciencelle.

"Grafeeni voi yllättäen särkyä pirstaleiksi, kuin lattialle heitetty muki.”

Testatut kromi-, koboltti- ja nikkeliseosnäytteet olivat tupakka-askin kokoa. Se tarkoittaa, että yhdiste säilytti lujuutensa arkipäivän esineiden kokoluokassa.

”Jos kuljetat autolla vetysäiliötä, joka on valmistettu hauraasta materiaalista, sinulla on käytännössä pommi mukanasi.”

”Mutta pommia ei ole, jos säiliö on valmistettu tästä seoksesta”, , Liu sanoo.

Ritchie haluaa nyt kehittää uusia seoksia, jotka voisivat olla yhtä lujia.

Alkuaineiden jaksollisen järjestelmän taulukossa on kymmeniä alkuaineita, joista voi tehdä metalliseoksia.

”Kolmen, viiden tai seitsemän yhdisteleminen tarkoittaa, että uusia kokeiltavia metalliseoksia on periaatteessa miljoonia.”

Tutkimuksen julkaisi tiedelehti Science.

Osion uusimmat

Mainos

Tuoreimmat tähtijutut