Tyler Irving, Toronto Universiteti

Gaby Clark tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriAlüminium matris kompozitində (AMCs) dəmir-betondan ilhamlanmış quruluş. Kredit: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65234-9

Toronto Universitetinin tədqiqatçıları həm çox yüngül, həm də son dərəcə güclü, hətta 500 Selsiyə qədər olan temperaturda belə yeni kompozit material hazırlayıblar.

Nature Communications -da dərc olunan bir məqalədə təsvir olunan material müxtəlif metal ərintiləri və nanoölçülü çöküntülərdən hazırlanır və dəmir-beton quruluşunu təqlid edən, lakin mikroskopik miqyasda bir quruluşa malikdir.

Bu xüsusiyyətlər onu aerokosmik və digər yüksək performanslı sənayelərdə son dərəcə faydalı edə bilər.

Tədqiqatın baş müəllifi, U T-nin Tətbiqi Elmlər və Mühəndislik Fakültəsinin materialşünaslıq və mühəndislik kafedrasının dosenti Yu Zou deyir: “Polad armaturdan tikinti sənayesində binalarda və digər böyük strukturlarda betonun struktur möhkəmliyini artırmaq üçün geniş istifadə olunur”.

“Üçölçülü metal çapı kimi tanınan əlavə istehsal kimi yeni texnikalar indi bizə bu strukturu metal matrisli kompozit şəklində təqlid etməyə imkan verdi. Bu yanaşma bizə əvvəllər heç vaxt görmədiyimiz xüsusiyyətlərə malik yeni materiallar verir.”

Yüngül materiallar aerokosmosda niyə vacibdir?

Polad hələ də qatarlarda və avtomobillərdə əsas konstruktiv material olsa da, alüminium daha az çəkisi sayəsində təyyarələrdə bəzi üstünlüklərə malikdir.

Yüngülləşdirmə—komponentlərin gücünü saxlamaqla onların çəkisinin azaldılması — avtomobili hərəkət etdirmək üçün daha az güc tələb olunması deməkdir ki, bu da öz növbəsində yanacaq səmərəliliyini artırır. Hər bir qramın sayıldığı aerokosmik sənayedə xüsusilə vacibdir.

Lakin alüminium ərintilərinin də mənfi tərəfləri var, deyə Zou laboratoriyasında tədqiqatçı və yeni məqalənin aparıcı müəllifi Chenwei Shao izah edir.

“İndiyədək alüminium komponentləri yüksək temperaturda performansın azalmasından əziyyət çəkirdi” dedi Şao. “Əsasən, onlar nə qədər isti olsalar, bir o qədər yumşaq olurlar, bu da onları bir çox tətbiqlər üçün yararsız edir.”

Yeni kompozit material necə hazırlanır

Bu problemi aradan qaldırmaq üçün komanda dəmir-betonla eyni quruluşa malik olan müxtəlif metallardan kompozit tikmək məqsədini güdürdü: sement, qum və aqreqat matrisi ilə əhatə olunmuş polad armaturdan ibarət qəfəs və ya mesh.

“Bizim materialımızda “armatur” titan ərintisi dayaqlarından hazırlanmış bir meshdir” dedi Şao. “Biz metal tozları bərk metal halına salmaq üçün lazerlə atəş etdiyimiz əlavə istehsal formasından istifadə etdiyimiz üçün bu tornu istədiyimiz ölçüdə düzəldə bilərik. Dəstəklərin diametri 0,2 millimetrə qədər kiçik ola bilər.”Betonun strukturunu kiçik miqyasda təqlid edən yeni metal matris kompozitinin mikroskopik təsviri. Kredit: Chenwei Shao

Bu dayaqlar arasındakı boşluqları doldurmaq üçün komanda alüminium, silikon və maqnezium kimi digər elementlərin matrisini yaratmaq üçün mikro tökmə kimi tanınan bir texnikadan istifadə etdi. Bu matris hamısını bir yerdə saxlamaq üçün sement kimi fəaliyyət göstərir.

Əlavə güc “sement” matrisinə daxil edilmiş alüminium oksidi və silikon nanopresipitatın mikrometr ölçülü hissəcikləri ilə təmin edilir. Bu hissəciklər betonda olan çınqıl və ya aqreqat kimidir.

Yüksək temperaturda sınaq və performans

Komanda daha sonra yeni materialının gücünü müəyyən etmək üçün müxtəlif sınaqlardan keçirdi.

“Otaq temperaturunda əldə etdiyimiz ən yüksək məhsuldarlıq təxminən 700 meqapaskal idi; tipik bir alüminium matris daha çox 100 ilə 150 ​​meqapaskal olacaq” dedi Şao. “Ancaq onun həqiqətən parladığı yer yüksək temperaturdadır. 500 Selsidə o, ənənəvi alüminium matrisa üçün təxminən beş meqapaskal ilə müqayisədə 300-400 meqapaskal məhsuldarlığa malikdir .

“Əslində, bu yeni metal kompozit orta mənzilli poladlar kimi yaxşı performans göstərir, lakin çəkisinin yalnız üçdə birini təşkil edir.”

Materialın belə yüksək temperaturda deqradasiyaya qarşı durmaq qabiliyyəti təəccüblü idi, buna görə də komanda əsas mexanizmləri başa düşmək üçün ətraflı kompüter modelləri yaratdı.

Kompüter simulyasiyalarına rəhbərlik edən tədqiqatın həmmüəllifi Huicong Chen deyir: “Bizim aşkar etdiyimiz yüksək temperaturda bu kompozit materialın əksər metallardan fərqli mexanizm vasitəsilə deformasiyaya uğramasıdır”. “Biz bu yeni mexanizmə “inkişaf etmiş əkizləşmə” adını verdik və o, materiala hətta çox isti olanda belə öz gücünün çox hissəsini saxlamağa imkan verir”.

Sənaye tətbiqlərinə baxırıq

Zou deyir ki, yeni materialın sənaye tərəfindən tətbiqinə başlamazdan bir müddət keçsə də, onun kəşfi əlavə istehsal kimi yeni ortaya çıxan texnikaların üstünlüklərini vurğulayır.

“Biz bu materialı başqa cür hazırlaya bilməzdik” deyir. “Düzdür, miqyasda belə materialların yaradılması hələ də çox baha başa gəlir, lakin bəzi tətbiqlər var ki, yüksək performans buna dəyər. Və daha çox şirkət qabaqcıl istehsal texnologiyalarına sərmayə qoyduqca, biz nəticədə xərclərin aşağı düşdüyünü görəcəyik.

“Biz hesab edirik ki, bu, daha güclü, daha yüngül və daha səmərəli nəqliyyat vasitələrinə doğru irəliyə doğru maraqlı addımdır.”

Ətraflı məlumat: Chenwei Shao et al, Armaturlu dəmir-betondan ilhamlanmış strukturlarla alüminium matris kompozitlərində təkmilləşdirilmiş mexaniki performansa nail olmaq, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65234-9

Jurnal məlumatı: Nature Communications Toronto Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir