Čínská věda opět slaví úspěch. Tamním materiálovým vědcům se podařilo vyrobit unikátní slitinu titanu a niklu, která disponuje vysokou pevností i pružností, a otevírá tak nové možnosti využití této směsi nejen v konstrukcích letadlech, ale i v robotice či transplantační medicíně.

Letecký průmysl je z pohledu materiálních věd jedním z nejvíce průkopnických odvětví výzkumu a vývoje. Směsi používané pro konstrukci letadel pak díky jejich unikátním vlastnostem nacházejí využití i v oblasti medicíny či elektroniky. K vytvoření ideálního materiálu je však zpravidla zapotřebí kombinovat parametry pevných kovových slitin a plastických polymerů, což není nijak snadné. Přesto se právě takovou hmotu podařilo nedávno vyrobit vědcům ve studii publikované v časopise Nature, a přiblížit tak tuto technologii o krok blíže realitě.

Nature research paper: A polymer-like ultrahigh-strength metal alloy https://t.co/T9vrxZz0yh

— nature (@Nature) September 6, 2024

Ocel nebo plast? Nová slitina má materiálové vlastnosti obojího

Experimentování s netradičními slitinami kovů s sebou zpravidla nese hledání kompromisu mezi pevností a flexibilitou. V ideálním případě by však měl letecký materiál splňovat oba tyto požadavky, a být tak silný, ale zároveň i dostatečně tvárný. Po dekádách výzkumu a vývoje se týmu čínských vědců konečně podařilo takovou směs vyrobit. Slitina titanu a niklu označená jako DS-STG (z angl. dual-seed strain glass alloy) vykazovala v Youngově modelu pružnosti, který je běžným hodnotícím parametrem při posuzování pružnosti a plasticity, hodnoty meze kluzu (σy ≈ 1.8 GPa) srovnatelné s ocelí, zároveň se však modulem pružnosti v tahu (E ≈ 10.5 GPa) blížila polymerním sloučeninám. Směs kovů pak disponovala také vysokou tepelnou stabilitou a odolností vůči únavě materiálu.

Materiál s neomezeným potenciálem

Slitina byla vyrobena třístupňovým termomechanickým procesem, který je podle autorů výzkumu škálovatelný i do průmyslových měřítek. Jednotlivé kroky zahrnovaly žíhání, kondiciování a postupné deformování směsi niklu a titanu až do výsledné formy. Vlastnosti materiálu pak vědci sledovali pomocí in situ rentgenové difrakce, která je běžnou analytickou metodou strukturní analýzy nejrůznějších látek a směsí.

Nová slitina typu DS-STG boří hranice mezi robustními kovy a plastickými polymery. Foto: Freepik

Podle autorů studie je DS-STG dlouho hledaným a očekávaným materiálem, který otevře dveře novým možnostem využití. Kromě letadel, která budou moci měnit tvar, tak slitina může sloužit jako základ svalové konstrukce humanoidních robotů. V případě úspěšného klinického testování přichází v úvahu i možnost vyrábět z ní umělé orgány.

Zdroje: 1, 2, 3