Mikroskopická struktura nového kovového nanokompozitu. Kredit: UCLA Scifacturing Laboratory.

Jak se zdá, věda nikdy nespí. Ani o Vánocích. Materiáloví vědci Kalifornské univerzity v Los Angeles si udělali radost a vyvinuli výjimečně lehký a zároveň supersilný kov, který má skvělý poměr tuhosti k váze materiálu. Jejich výtvor tvoří hořčík, který je vyplněný množstvím keramických nanočástic karbidu křemíku. Nanočástic je tolik, že představují 14 procent výsledného objemu nového materiálu. Nově vyvinutý lehký kov by se mohl uplatnit v letadlech, kosmických lodích či automobilech, kterým by ušetřil na palivu, anebo třeba v mobilní elektronice a biomedicínských zařízeních.

Xiao-Chun Li. Kredit: UCLA.

Pro vývoj kovu, který je velice pevný a zároveň lehký skoro jako pírko, byla podle badatelů klíčová nová metoda rozptýlení a stabilizování nanočástic v roztaveném kovu. Xiaochun Li a jeho kolegové také vyvinuli technologii výroby podobných kovů, která by v dohledné době mohla vést k řadě aplikací. Jejich snažení ocenil časopis Nature publikací ve svém vánočním vydání.

Už před nějakým časem se objevil nápad, že by nanočástice mohly vylepšit pevnost kovů, aniž by tím ohrozily jejich plasticitu. Platí ho hlavně pro lehké kovy, jako je právě hořčík. Zatím ale nikdo nedokázal v roztaveném kovu vhodným způsobem rozptýlit keramické nanočástice. Li a spol. se chlubí tím, že jejich technologie teď nabízí možnost podobným způsobem vylepšit vlastnosti mnoha různých kovů.

Nikoliv nanočástice, ale řekněme makročástice karbidu křemíku. Kredit: dokola / Wikimedia Commons.

Hustota kovového hořčíku (1738 kg na metr krychlový) odpovídá asi dvou třetinám hustoty hliníku. Horčík je vůbec nejlehčím konstrukčním kovem. Karbid křemíku je zase extrémně tvrdá sloučenina uhlíku a křemíku keramické povahy, která se používá třeba při výrobě průmyslových čepelí. Když do hořčíku napumpujete nanočástice karbidu křemíku, menší než 100 nanometrů, tak tím hořčík získá pevnost, tuhost, plasticitu i stálost ve vysokých teplotách. V testech vyšlo najevo, že hořčík s infuzí těchto nanočástic je v některých ohledech dokonce rekordní.

Vlevo hořčík, vpravo hořčík s nanočásticemi karbidu křemíku. Kredit: UCLA Scifacturing Laboratory.

S keramickými částicemi se ve vývoji nových kovů počítalo už dlouho. Není to ale jednoduché. Když se použijí mikročástice, tak to vede k poklesu plasticity výsledného materiálu. S keramickými nanočásticemi je zase potíž v tom, že mají nepříjemný sklon shlukovat se. Jak se zdá, keramika má jisté kouzlo přitažlivosti. Li a spol. to vyřešili rozptýlením keramických nanočástic do roztavené slitiny hořčíku a zinku. Materiál pak ještě zpracovali technologií torze za vysokého tlaku (high pressure torsion, HPT). 

Vývojáři jsou nadšeni. Podle nich jde o objevení špičky ledovce úplně nové třídy kovových materiálů, které budou mít revoluční vlastnosti a jistě také revoluční možnosti využití. Pokud jde o kovový nanokompozit hořčíku a karbidu křemíku, hořčík je všudypřítomnou surovinou a masová výroba nového kovu by neměla dělat závažnější problémy životnímu prostředí. Tak směle do toho.


Literatura
University of California Los Angeles 23. 12. 2015, Nature 528: 539-543.