Хотя большинство металлов обладают некоторой степенью эластичности, некоторые из них лучше других реагируют на изменение формы. Ученые, экспериментирующие с составом этих материалов, разработали новый сплав на основе меди, который, по их словам, будет легко производить в больших масштабах и может похвастаться беспрецедентной эластичностью при комнатной температуре.
Чтобы металл обладал высокой эластичностью, он должен легко растягиваться и деформироваться, что измеряется так называемым модулем Юнга, но при этом быть достаточно прочным, чтобы вернуться в свою первоначальную форму. Интеграция этих свойств в металлы и сплавы представляет собой сложный процесс балансировки, при этом одно часто ставит под угрозу другие, но благодаря тщательной инженерии можно производить материалы, отвечающие конкретным требованиям для повседневного применения.
Одним из примеров является нержавеющая сталь, которая обладает высокой прочностью на растяжение и устойчива к широкому диапазону температур и коррозии, и поэтому используется во всем: от кухонной посуды до операционных столов и космоса. Вы можете не знать этого, глядя на свою кастрюлю, но нержавеющая сталь даже имеет небольшую податливость со значением упругой деформации <0,2%.
Это касается многих металлов и сплавов, которые в своей объемной форме демонстрируют величину упругой деформации менее 1% (хотя на микро- и макромасштабах эта цифра составляет около 10%). Инженеры из Университета Тохоку предложили новый сплав на основе меди, который превращает этот тип объемных металлов в новую гибкую среду.
Монокристаллический сплав на основе меди, разработанный командой ученых, в объемной форме необычайно прочен и обладает исключительно высокой упругой деформацией при растяжении при комнатной температуре - 4,3%, что считается непревзойденным среди таких материалов. Он делает это таким образом, который бросает вызов так называемому закону Гука, который гласит, что эластичность материала пропорциональна приложенному напряжению, поскольку он обладает высокой эластичностью даже при небольшом напряжении.
Этот тип материала можно использовать во всем: от более гибких спортивных товаров до передовых медицинских имплантатов, которые лучше соответствуют человеческому телу. В настоящее время ученые изучают эти возможности, продолжая изучать характеристики сплава, чтобы установить его функциональную усталость после таких больших деформаций. Они многообещающе говорят, что циклическая термообработка, используемая для получения монокристаллов сплава, является простым процессом, который хорошо подходит для массового производства.
«Наш объемный сплав можно использовать в качестве пружинных материалов с высокой степенью восстановления, а также их можно применять в устройствах, в которых используются датчики деформации, например, в растягиваемой электронике», — сказал Шэн Сюй, руководивший исследованием. «Низкий модуль Юнга нового сплава иметь сходство с человеческими костями и, следовательно, имеет потенциал для использования в медицинских целях».
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Источник: Tohoku University.
