Sciencemag.cz
Doporučujeme
Jako slitiny s vysokou entropií (high entropy alloys) označujeme směsi více prvků, které zde jsou zastoupeny v přibližně stejných poměrech (pro srovnání, není to třeba ocel, kde se k železu přimíchá maximálně pár procent dalších prvků). Tyto látky mají celou řadu unikátních mechanických i jiných vlastností.
Přesněji řečeno – unikátní vlastnosti mají některé z těchto látek, ovšem z nepřeberného množství existujících možností. I když se omezíme na 5 prvků (byly již zkoumány i slitiny, kde jich je obsaženo ještě více), které jsou za normálních podmínek pevné a chemicky spolu nereagují, stále je těch možných kombinací příliš. Drobná záměna přitom může uspořádání/vlastnosti slitiny s vysokou entropií zcela změnit.
Na Georgia Institute of Technology (vydala příslušnou tiskovou zprávu), University of Tennessee (Knoxville); Tsinghua University (Čína) a Chinese Academy of Sciences vyšli ze slitiny chromu, železa, kobaltu, niklu a manganu (tzv. slitina Cantor, již celkem známá). Pak zkusili nahradit mangan palladiem. Uspořádání látky se tím změnilo. V původní slitině jsou atomy uspořádány náhodně, v nové to již platí pouze v omezené míře. Protože palladium má jinou elektronegativitu i velikost atomů než ostatní prvky, mají jeho atomy tendenci tvořit malé shluky, kde je vedle sebe více stejných atomů (poznámka PH: proč? Nebylo by logičtější, kdyby třeba menší atomy zapadaly mezi větší a k sobě se měly spíše prvky s rozdílnou elektronegativitou, kde by se pak tvořily nějaké částečné náboje?). Obrázek ovšem ukazuje, že toto pravidlo nefunguje zcela striktně. Navíc se ukázalo, že ani kobalt a železo nejsou ve směsi rozmístěny náhodně, ale spíše tak, že se oba prvky sobě navzájem vyhýbají.
Výsledkem jsou odlišné mechanické vlastnosti nové slitiny, včetně většího odporu proti deformaci ve srovnání se slitinou Cantor. Hlavní příspěvek výzkumu má být ale v metodě, která umožňuje dostatečně přesné zobrazování atomů takových slitin, vytváření „chemických map“ po atomech (viz obrázek). Díky tomu pak lze zkoušet odhadnout, jaká vlastnost struktury souvisí s danou vlastností a efektivněji navrhovat struktury nové (respektive i zdokonalit simulace). Onou dostatečně přesnou technikou je spektroskopie kombinovaná s transmisní elektronovou mikroskopií. Vzorek se bombarduje elektronovým paprskem, v reakci na to generuje rentgenové paprsky a jejich analýzou pak vzniká ona „mapa“.
Obrázek: Slitina s vysokou entropií, modré kuličky odpovídají atomům palladia, které vytvářejí shluky.
https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/2019/1-1-atomicleveli.jpg
Kredit: Credit: Ting Zhu, Georgia Institute of Technology
Tuning element distribution, structure and properties by composition in high-entropy alloys, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1617-1 , https://nature.com/articles/s41586-019-1617-1
Zdroj: Georgia Institute of Technology/Phys.org
