Siêu cường châu Á khám phá ra cách tạo vàng nguyên chất siêu nhẹ nhưng siêu bền nhờ loại công nghệ đặc biệt

Các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển một phương pháp tạo ra vàng nguyên chất vừa nhẹ vừa bền, bằng cách hình thành các lỗ nhỏ bên trong kim loại rắn này.

Họ tin rằng kỹ thuật này có thể là mấu chốt để phát triển các vật liệu cần thiết cho ngành hàng không vũ trụ, ô tô và điện tử tiêu dùng. Đây là những lĩnh vực rất cần các vật liệu nhẹ nhưng có độ bền cao.

Được biết trong các phương pháp tạo hình kim loại thông thường như đúc, hàn và in 3D, bọt khí được coi là lỗi vật liệu nghiêm trọng và các kỹ sư phải hết sức cẩn thận để tránh chúng.cư

Kỹ thuật này được cho là có thể đóng vai trò then chốt trong việc phát triển các vật liệu cần thiết trong ngành công nghệ và hàng không vũ trụ. Ảnh: CCTV

Họ giải thích, bọt khí bên trong kim loại hoặc ở mối nối kim loại có thể làm giảm độ bền trong khi bọt khí trên bề mặt ảnh hưởng đến độ hoàn thiện của vật liệu.

Tuy nhiên, một nhóm nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Khoa học Vật liệu Quốc gia Thẩm Dương thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) phát hiện ra rằng thay vì loại bỏ các khoảng trống này, "việc tinh chỉnh kích thước và điều chỉnh hình dạng cũng như sự phân bố của chúng không những giúp giảm thiểu tác hại mà còn mang lại lợi ích bổ sung".

Nghiên cứu do Jin Haijun của CAS dẫn đầu được phê duyệt và công bố trên tạp chí Science vào ngày 8/8.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng vàng làm vật liệu mẫu và tạo ra vàng xốp có cấu trúc đồng nhất thông qua quy trình ăn mòn hợp kim. Bằng cách nén và sau đó ủ (hoặc nung nóng và làm nguội) kim loại, họ đã tạo ra một vật liệu mới chứa đầy các lỗ li ti phân tán nhỏ hơn 100 nanomet - hay còn gọi là lỗ nano.

Các thử nghiệm cho thấy, bằng cách thêm các lỗ nano ở tỷ lệ thể tích từ 5 - 10%, độ bền của vàng sẽ tăng từ 50 - 100%. Điều này đồng nghĩa với việc vàng có thể chịu được tải trọng cao hơn trong khi vẫn duy trì độ dẻo tốt. Ở một số mẫu, độ dẻo thậm chí còn vượt trội hơn so với vàng đặc hoàn toàn có cùng kích thước.

Nhà nghiên cứu Jin bình luận: “Sự cải thiện này là nhờ các lỗ nano phân tán giúp giảm thiểu ứng suất và tập trung biến dạng xung quanh các lỗ trống, do đó ức chế sự khởi đầu của các vết nứt”. Ứng suất mô tả tình trạng căng hoặc nén mà một vật liệu chịu khi tác dụng lên nó một lực. Nói cách khác, ứng suất là "lực bên trong" chống lại lực bên ngoài tác dụng lên vật liệu.

Nghiên cứu được thực hiện bởi nhóm các nhà khoa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS). Ảnh: CCTV

“Diện tích bề mặt riêng lớn của vật liệu tạo điều kiện thuận lợi cho sự va chạm giữa bề mặt và vị trí sai lệch, giúp tăng cường độ bền góp phần cải thiện độ dẻo”, Jin nói thêm.

Bên cạnh đó, kích thước và mật độ của các lỗ rỗng cũng rất quan trọng. Cho đến nay, kết quả của nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng các lỗ trống có đường kính trong khoảng từ 10 - 100nm sẽ có lợi cho việc tăng cường mà không ảnh hưởng đến độ dẻo. 

Phương pháp của nhóm nghiên cứu Trung Quốc còn cung cấp chiến lược thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí để cải thiện tính chất của kim loại mà “không cần tăng thêm trọng lượng hay gây ô nhiễm”. Các lỗ nano phân tán sẽ làm giảm mật độ của vàng nguyên chất hơn 10%, hỗ trợ vật liệu nhẹ và có khả năng tái chế.

Phương pháp này phần lớn bảo toàn các đặc tính vật lý và hóa học của vật liệu, chẳng hạn độ dẫn nhiệt và dẫn điện, cùng khả năng chống ăn mòn của nó.

Theo SCMP