Zlatá „mince“ z nanočástic zlata. Kredit: Chen Lab / Brown University.

Tvrdost kovů je obvykle určená zrnitostí materiálu v mikroskopickém měřítku. Čím jemnější jsou zrna, tím je dotyčný kov tvrdší. Když někdo chce vyrobit tvrdý kov, tak se k tomu v dnešní době používají především „makroskopické“ technologie zpracování kovu, jako je kování, ohýbání nebo kroucení.

Ou Chen s týmem z americké Brown University na to šli jinak. Jejich postup vychází z mikroskopické strukturu kovu a výsledkem je mnohem tvrdší kov, než jaký vytvářejí soudobé „makroskopické“ postupy. Jak uvádí Chen, tyto technologie se snaží zjemňovat zrnitost materiálu hrubou silou a je pro ně velmi obtížné nějak nastavit výslednou zrnitost materiálu.

Ou Chen. Kredit: Brown University.

Tým Brown University vytváří tvrdé kovy z nanočástic dotyčného kovu, které uspořádají do stavebních bloků. Když se tyto bloky nanočástic stlačí k sobě, tak vytvoří extrémně pevný kov s uniformně zrnitou strukturou. Velikost zrn přitom může být velmi přesně nastavena, podle dalšího využití vyráběného kovu.

Badatelé museli vyřešit problém s organickými ligandy, které bývají navázané na povrchu kovu a brání tomu, aby se částice kovu mezi sebou navzájem pevně vázaly. Proto vyvinuli chemický postup, který odstraní ligandy z povrchu kovových částeček. Takové nanočástice je pak možné snadno spojit pomocí sintrování (pressure-sintering) tlakem.

Chen s kolegy tímto postupem vyrobili z nanočástic kusy kovu ve tvaru mince. Používali přitom různé kovy, jako například zlato, stříbro a paladium. V následujících testech zjistili, že tyto „mince“ jsou podstatně tvrdší, než by byly při tradiční výrobě. Například jejich zlaté „mince“ jsou asi čtyřikrát tvrdší. Ostatní fyzikální vlastnosti „mincí“ z nanočástic jsou více či méně stejné, jako když by byly vyrobeny tradičně.

Vědci rovněž prokázali, že tímto novým postupem lze vyrábět i kovová skla (metallic glass), tedy kovové materiály s amorfní strukturou. Doposud bylo přitom velmi obtížné, ne-li nemožné, vyrábět kovová skla z jediného kovu. Většina dnešních kovových skel jsou tudíž slitiny. Chen a spol. ale dokázali z amorfních nanočástic paladia vyrobit kovové sklo, které je tvořené čistě paladiem.

Brown University, logo.

Nově vyvinutý postup pro výrobu tvrdého kovu spojováním nanočástic v současné podobě zvládne výrobu kusů kovu o centimetrových velikostech. To je možné využít při výrobě supertvrdých ochranných povrchů pro exponované komponenty, elektrod a dalších kovových výrobků vhodné velikosti. Zároveň prý nebude problém vyrábět i větší kusy tvrdého kovu z nanočástic, přičemž by to měly zvládnout i naše soudobé průmyslové provozy.

Literatura

Brown University 21. 1. 2021.

Chem 21. 1. 2021.