Νέο κράμα μετάλλου, πιο σκληρό κι από τον χάλυβα

Μια ερευνητική επιστημονική ομάδα του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας (Caltech), με επικεφαλής τον δρα Μάριο Δημητρίου, ανακάλυψε ένα νέο σούπερ-ανθεκτικό και σκληρό μεταλλικό κράμα. Αν και μοιάζει με γυαλί, πρόκειται για το πρώτο υλικό που έχει ποτέ κατασκευαστεί, το οποίο ανταγωνίζεται σε σκληρότητα και ισχύ τον χάλυβα και μελλοντικά θα μπορούσε να τον αντικαταστήσει σε κτίρια, γέφυρες, αυτοκίνητα και άλλες χρήσεις.


Η πρόκληση των επιστημόνων ήταν ανέκαθεν να ανακαλύψουν υλικά που να είναι σκληρά και παράλληλα ανθεκτικά, αλλά συνήθως κατέληγαν σε ένα συμβιβασμό ανάμεσα σε αυτά τα δύο χαρακτηριστικά. Η ομάδα του Μ. Δημητρίου, που δημοσίευσε τη σχετική μελέτη στο περιοδικό για νέα υλικά Nature Materials, σύμφωνα με το "Nature", κατάφερε να συνθέσει ένα μεταλλικό κράμα
από "άμορφα" μέταλλα, συνδυάζοντας και τις δύο επιθυμητές ιδιότητες.

Μέχρι τώρα, υπήρξε πολύ δύσκολο να βρεθούν υλικά που να είναι ταυτόχρονα σκληρά και ανθεκτικά. Για παράδειγμα, το γυαλί μπορεί να είναι σκληρό, να μην χαράζεται και να μην κάμπτεται από κάποιο βάρος, όμως τείνει να είναι εύθραυστο. Άλλα υλικά, όπως τα μέταλλα γενικά, είναι μεν ανθεκτικά, δηλαδή θρυμματίζονται πολύ πιο δύσκολα, όμως είναι πιο εύκαμπτα, όπως ο ελατός ή σφυρηλατήσιμος σίδηρος.

Τα κανονικά μέταλλα είναι ασθενή και ελάσιμα, επειδή τα άτομά τους έχουν κρυσταλλική δομή, η οποία εύκολα αποδομείται, όταν το μέταλλο υποστεί κάποιο μεγάλο βάρος. Όμως τα λεγόμενα άμορφα μέταλλα είναι πιο ισχυρά. Δημιουργούνται από ταχέως ψυχόμενα λιωμένα μέταλλα, με αποτέλεσμά τα άτομά τους να βρίσκονται σε μια άτακτη δομή, παρόμοια με αυτή του γυαλιού, πράγμα που σημαίνει ότι χρειάζεται πολύ περισσότερη ενέργεια και βάρος για να μετακινηθούν τα άτομά τους σε άλλη θέση.

Μέχρι τώρα όμως, αυτά τα "υαλώδη μέταλλα" φαίνονταν να είναι εγγενώς εύθραυστα, επειδή περιέχουν μικρά ελαττώματα, τα οποία αρχίζουν να αυξάνουν σε συγκεκριμένες περιοχές, όσο το μέταλλο υφίσταται κόπωση, με συνέπεια κάποια στιγμή το υλικό να κάνει ρωγμές και να σπάει. Όμως οι Αμερικανοί ερευνητές ανακάλυψαν ότι αν, παραδόξως, δημιουργήσουν τεχνηέντως ένα υπερβολικά μεγάλο αριθμό τέτοιων ελαττωματικών περιοχών, τότε μπορεί να προκληθεί το ακριβώς αντίθετο αποτέλεσμα: το υλικό να γίνει πιο ανθεκτικό. Οι ελαττωματικές περιοχές "διαπλέκονται" μεταξύ τους σε μορφή δικτύων και, όταν συμβεί μια ρωγμή, τότε αυτά τα δίκτυα "περικυκλώνουν" τη ρωγμή και την εμποδίζουν να εξαπλωθεί, σύμφωνα με τον Μ. Δημητρίου.

Μετά από 109 (!) προσπάθειες, τελικά οι ερευνητές ανακάλυψαν το σωστό μίγμα "υαλώδους" (άμορφου) μετάλλου που μπορεί να έχει το παραπάνω αποτέλεσμα. Το κράμα αποτελείται κυρίως από παλλάδιο, με την προσθήκη λίγου αργύρου και άλλων στοιχείων. Όπως είπε ο Δημητρίου, οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμα καταλάβει γιατί το συγκεκριμένο κράμα "δουλεύει" εκεί που άλλα είχαν αποτύχει, όσον αφορά τον ιδανικό συνδυασμό σκληρότητας και ανθεκτικότητας.

Κάνοντας πειράματα με τη δημιουργία, την ταχύτητα και το βαθμό επέκτασης διαφόρων ρωγμών, οι ερευνητές διαπίστωσαν πόσο ισχυρό και ανθεκτικό είναι το νέο υλικό, "όπως ο πιο ανθεκτικός χάλυβας", όπως ανέφερε ο Μ. Δημητρίου. Μια μελλοντική προοπτική θα ήταν η η διερεύνηση κατά πόσο η προσθήκη περισσότερων χημικών στοιχείων στο κράμα, ώστε να δημιουργηθούν μικρές κρυσταλλικές περιοχές στο υλικό, θα αύξαινε ακόμη περισσότερο την ανθεκτικότητά του.

Από την άλλη, επειδή το παλλάδιο είναι σπάνιο και ακριβό μέταλλο, η ευρεία χρησιμοποίηση ενός τέτοιου κράματος φαίνεται, προς το παρόν, δύσκολη. Όπως είπε ο Έλληνας επιστήμονας, το νέο υλικό θα μπορούσε κατ' αρχήν να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή νέων ανθεκτικών οδοντιατρικών και άλλων ιατρικών εμφυτευμάτων.

Οι ερευνητές δήλωσαν ότι θα αναζητήσουν μια φθηνότερη "εκδοχή" του κράματος με βάση τον χαλκό, τον σίδηρο ή το αλουμίνιο. "Αν το βρούμε, τότε αυτό το υλικό θα αντικαταστήσει τον χάλυβα για πάντα στις κατασκευές σε ευρεία κλίμακα", εκτίμησε ο Μ. Δημητρίου.