در پژوهشی نوآورانه، دانشمندان چینی موفق شده‌اند با رویکردی کاملاً متفاوت به مهندسی مواد، به افزایش چشمگیر استحکام فلزات دست یابند. در حالی که تاکنون حفره‌های داخلی در فلزات به عنوان نقصی در ساختار ماده تلقی می‌شد و تلاش می‌گردید تا از ایجاد آن‌ها جلوگیری شود، این پژوهش نشان داده است که می‌توان با کنترل دقیق اندازه، شکل و توزیع این حفره‌ها، به بهبود قابل توجه خواص مکانیکی فلزات دست یافت.
به گزارش سرویس اخبار فناوری تکنا، استفاده از نانوحفره ها می تواند باعث استحکام فلزات شود. به طور سنتی، روش‌های شکل‌دهی فلزات مانند ریخته‌گری، جوشکاری و چاپ سه‌بعدی بر حذف حفره‌های داخلی متمرکز بوده‌اند. زیرا این حفره‌ها می‌توانستند استحکام فلز را کاهش داده، دوام اتصالات را پایین آورده و کیفیت سطح را کاهش دهند. اما گروهی از پژوهشگران به سرپرستی جین هایجون در آکادمی علوم چین، با تغییر این رویکرد، به نتایج شگفت‌آوری دست یافته‌اند.
در این پژوهش، دانشمندان با استفاده از طلا به عنوان یک ماده مدل، موفق شدند ساختاری متخلخل با نانوحفره‌های یکنواخت ایجاد کنند. این نانوحفره‌ها با ابعادی کمتر از ۱۰۰ نانومتر، به طور یکنواخت در ساختار فلز توزیع شدند. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که وجود این نانوحفره‌ها به میزان ۵ تا ۱۰ درصد حجم، منجر به افزایش ۵۰ تا ۱۰۰ درصدی استحکام طلا شده است. به عبارت دیگر، این ماده جدید نه تنها استحکام بالاتری دارد بلکه انعطاف‌پذیری آن نیز بهبود یافته است.
افزایش استحکام در این مواد جدید به دلیل نقش نانوحفره‌ها در کاهش تمرکز تنش و کرنش در اطراف حفره‌ها است. این امر از آغاز و گسترش ترک در ماده جلوگیری می‌کند. همچنین، سطح ویژه بالای این مواد، برهم‌کنش بین سطح و نابجایی‌ها را تسهیل می‌کند که به نوبه خود باعث افزایش استحکام و نرخ سخت شدن کرنشی می‌شود.
مزایای این روش نوین شامل افزایش استحکام و انعطاف‌پذیری است. این روش به طور قابل توجهی استحکام و انعطاف‌پذیری فلزات را افزایش می‌دهد. وجود نانوحفره‌ها باعث کاهش چگالی مواد شده و وزن آن‌ها را کاهش می‌دهد. همچنین این روش به دلیل عدم نیاز به افزودن عناصر آلیاژی دیگر، روشی سازگار با محیط زیست است. با کمک روش کشف شده خواص فیزیکی و شیمیایی اصلی فلز مانند هدایت حرارتی و الکتریکی را حفظ می‌شود. این کشف می‌تواند در صنایع مختلف از جمله الکترونیک، هوافضا و خودروسازی کاربردهای فراوانی داشته باشد. به عنوان مثال، فلزات تقویت‌شده با نانوحفره‌ها می‌توانند در ساخت قطعات الکترونیکی، بدنه خودروها و سازه‌های هواپیما مورد استفاده قرار گیرند.
این پژوهش نشان می‌دهد که با تغییر رویکرد سنتی در مهندسی مواد و بهره‌گیری از نانوحفره‌ها، می‌توان به مواد جدیدی با خواص مکانیکی بهبود یافته دست یافت. این دستاورد می‌تواند تحولی عظیم در صنایع مختلف ایجاد کند و به تولید محصولات با عملکرد بهتر و سبک‌تر منجر شود.
source