Відкриття квазикристалів у 3D-друкованому алюмінієвому сплаві
Науковці з Національного інституту стандартів і технологій (NIST) США зробили неймовірне відкриття, що може кардинально вплинути на виробництво авіаційних, автомобільних та інших високотехнологічних компонентів. Вони виявили, що в алюмінієвому сплаві, виготовленому за допомогою 3D-друку, містяться квазикристали — рідкісні атомні структури, які підвищують міцність металу.
Дослідження, опубліковане у журналі Journal of Alloys and Compounds, демонструє, яким чином ці незвичні структури зміцнюють матеріал і відкривають нові горизонти для інженерів. Інженер-матеріаловед Ендрю Ямс, досліджуючи новий алюмінієвий сплав за допомогою електронного мікроскопа, помітив незвичний візерунок: атоми у ньому організувалися в порядок, який не відповідав традиційним кристалічним структурам.
«Тоді я насправді почав хвилюватися, адже мені здавалося, що я спостерігаю квазикристали», — поділився Ендрю Ямс. Він та його команда детально перевірили отримані зразки, включаючи обертання для підтвердження симетрії, і встановили, що це дійсно квазикристали, які формують ікосаедричну структуру.
Квазикристали мають унікальну здатність зміцнювати сплав, оскільки створюють дефекти, які порушують слабкі місця традиційних кристалів. Таким чином, метал стає більш стійким до вигинів і лому. Ці відкриття стали можливими завдяки застосуванню 3D-друку, при якому лазер плавить металевий порошок шар за шаром, що дозволяє створювати складні деталі, непридатні для традиційних методів виробництва.
Квазикристали — це специфічні структури, які, згідно з теорією, не повинні існувати: їхній візерунок заповнює простір, але ніколи не повторюється. Вони відомі своєю незвичайною симетрією, включаючи п’ятикратну, що відкриває нові можливості у матеріалознавстві.
Відкриття квазикристалів було вперше здійснено Даном Шехтманом у 1980-х роках, що спочатку викликало сумніви в науковому співтоваристві і було визнано неможливим. Це відкриття принесло йому Нобелівську премію з хімії у 2011 році. Тепер квазикристали було виявлено у 3D-друкованому сплаві, що є значним досягненням для науки.
Виробництво металевих компонентів за допомогою 3D-друку дозволяє економити матеріали і зменшувати вагу деталей, що особливо важливо для авіації. Наприклад, топливні форсунки, виготовлені шляхом 3D-друку, вже вдалося зменшити на 25% за вагою, і впровадження квазикристалів може ще більше посилити ці досягнення.
За даними міжнародних досліджень, зростання використання легких та міцних сплавів у промисловості може призвести до зниження витрат на паливо і збільшення загальної ефективності транспортних засобів. Наявність квазикристалів у нових сплавах може сприяти подальшому зниженню ваги і підвищенню надійності компонентів.
Фізик NIST Фань Чжан висловив думку, що відкриття квазикристалів надає новий підхід до дизайну сплавів, що може радикально змінити виробничі процеси у різних галузях. Зважаючи на це, перед інженерами відкриваються нові горизонти для розробки інноваційних легких матеріалів, що відповідають сучасним вимогам промисловості.
