Cho đến nay, độ cứng của vật liệu được đánh giá cụ thể thông qua cách nó chống lại sự trầy xước hoặc bẻ cong của lực hoặc áp lực. Đối với kim loại, nó thường phụ thuộc vào kích thước của các hạt cực nhỏ tạo nên kim loại - các hạt càng nhỏ thì kim loại càng cứng.
Thông thường, kim loại được làm cứng hơn bằng cách sử dụng các phương pháp sản xuất thủ công như đập bằng búa, uốn hoặc xoắn. Nhưng trong một nghiên cứu mới của Đại học Brown (thành viên của American Ivy League), nhóm nghiên cứu đã bắt đầu nghiên cứu "từ dưới lên" và phát hiện ra một quy trình rèn mới giúp kim loại cứng hơn.
Ou Chen, tác giả nghiên cứu cho biết: "Búa và các phương pháp làm cứng khác là những cách thay đổi cấu trúc hạt từ trên xuống dưới và rất khó để kiểm soát kích thước hạt bạn nhận được. Những gì chúng tôi làm là tạo ra các "khối" hạt nano và kết nối chúng lại với nhau khi chèn ép chúng. Bằng cách này, chúng ta có thể có kích thước hạt đồng nhất, có thể được điều chỉnh chính xác để nâng cao hiệu suất".
Tuy nhiên, vấn đề là bề mặt của kim loại thường bị bao phủ bởi các phân tử hữu cơ gọi là phối tử, điều này có thể ngăn cản các hạt kim loại liên kết bền chặt. Các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp xử lý hóa học có thể loại bỏ các phối tử này, giúp các hạt nano kim loại tự do kết hợp với nhau dễ dàng hơn trong quá trình thiêu kết. Quá trình thiêu kết là quá trình nén một vật liệu thành một chất rắn bằng cách nung nóng hoặc ép mà không làm nóng chảy nó đến mức hóa lỏng.
Sử dụng phương pháp này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các "đồng xu" thô từ các hạt nano của nhiều kim loại khác nhau, chẳng hạn như vàng, bạc và palladium. Trong các thử nghiệm, chúng tỏ ra cứng hơn nhiều so với bình thường, đối với những đồng tiền vàng thì nó cứng hơn gấp 4 lần. Các tính chất vật lý khác ít nhiều không thay đổi. Trong một thí nghiệm khác, các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ mới này để chế tạo thủy tinh kim loại. Cũng giống như những chiếc kính mà chúng ta quen thuộc, những vật liệu này có cấu trúc tinh thể vô định hình, so với kim loại thông thường, chúng có thể dễ tạo hình và bền hơn.
Giáo sư Chen cho biết: "Sản xuất kính kim loại từ một nguyên tố vốn đã khó sản xuất, vì vậy hầu hết các kính kim loại đều được làm bằng hợp kim. Nhưng chúng ta có thể bắt đầu với các hạt nano paladi vô định hình và sử dụng công nghệ của chúng tôi để tạo ra thủy tinh paladi kim loại".
Các nhà nghiên cứu cho biết, với quy mô sản xuất từng centimet hiện nay, quy trình này có thể được sử dụng để chế tạo lớp phủ siêu cứng, điện cực hoặc các thành phần kim loại khác. Tuy nhiên, theo nhóm nghiên cứu, việc mở rộng quy mô sang các dự án lớn hơn là tương đối đơn giản, vì các thiết bị công nghiệp hiện nay có thể chịu được áp suất này.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Chem.
Theo New Atlas
