A Terminator 2 című mozifilmben az ellenséges kiborg folyékony fémből állt. Embertől kezdve számtalan fegyverig sokféle alakot volt képes ölteni és bárhová befolyni. Most egy hasonlónak hangzó, futurisztikus anyag készül felbukkanni mindenütt. Fémüvegnek nevezik. Tavaly a kutatóknak sikerült a legerősebb ipari acélnál háromszor erősebb fémüveget létrehozniuk, mely 10-szer rugalmasabb is. Majdnem a T-1000-es megfelelője.

A fémüveg úgy hangzik, mint egy oximoron, és valamilyen szempontból az is. Olyan fémötvözetről van szó, mely kaotikus szerkezettel rendelkezik. Míg a fématomok normál esetben sorrendbe vagy kristályokba rendezik magukat, a fémüveg atomjai zűrzavaros összevisszaságban vannak, inkább úgy, mint a folyadékban vagy az üvegben.
És bár szigorúan véve a fémüveg nem folyadék, mivel az atomok egy helyben rögzülnek, van, aki mégis folyékony fémként hirdeti.

A kristályos fémötvözetekben az atomok a "szemcséknek" nevezett régiókban helyezkednek el, és a szemcsék közötti határvonalak képezik a gyengébb pontokat. A fémüvegek ugyanakkor nem rendelkeznek ilyen határvonalakkal, így sokkal erősebbek. Ha egy kristályos fémre ráütünk egy kalapáccsal, az elhajlik, mivel elnyeli az ütés energiáját és a szemcsék határán lesüllyed.

Ám az amorf fém atomjai szorosan összeállnak és igen könnyen visszanyerik alakjukat egy ilyen ütés után. Ezek az anyagok ugyanis nem rendelkeznek a testes kristály határvonalakkal, így mindössze
10 nanométer hosszú képződményekké alakíthatóak. Folyadékszerű szerkezetük azt jelenti, hogy alacsonyabb hőmérsékleten is olvadnak, és olyan könnyen alakíthatóak, mint a műanyag.

Természetesen egyre több céget érdekel az anyag. Egyetlen hiba van csak, mostanáig senki nem volt képes használható fémüveget létrehozni. Ennek oka, hogy az olvadt ötvözetek lehűtésekor azok elkerülhetetlenül kristályosodni kezdenek.

A fémüveg létrehozásához a kristályosodást meg kell akadályozni. Ennek azért kell megtörténnie, mert a folyadék igen gyorsan lehűl. A hatvanas években Pol Duwez kutató rájött a válaszra. Ha az olvadt fémet hideg, gyorsan forgó rézhengerre öntik, akkor egyfajta szuperfagyott, amorf fémet kapnak. A probléma az volt, hogy ezek a fémlapok csak néhány nanométer vastagok voltak. Ha viszont a henger forgását lelassították, hogy vastagabb lapokat kapjanak, akkor éppen elég időt kapott az anyag ahhoz, hogy meginduljon a kristályosodás.

Csak nemrégiben sikerült kaliforniai kutatóknak finomítaniuk a folyamatot. A William Johnson által alapított Folyékonyfém Technológiák nevet viselő cég hosszú ideje kísérletezik a fémüvegek vastagságának növelésével. Jó ideig nem láttak megoldást a problémára, amikor azonban Johnson információt szerzett Akihisa Inoue munkájáról. Inoue rájött, hogy ha nagy, amorf fématomokat - pl. lantán - ad hozzá az ötvözethez, drámaian csökkentheti a kristályosodás folyamatát. A nagy atomok ugyanis zavarják a kristályképződést, ezzel lehetővé teszik, hogy az ötvözeteket üveggé lehessen fagyasztani.

Inoue szerint minden fémötvözet ezen a módon üvegessé tehető. Mindössze csak a nagy és kicsi atomok megfelelő kombinációjára van szükség. Ha az ember jól csinálja, akkor az olvadt ötvözet lehűlésével a kisebb atomok a nagyobb körül verődnek össze. A többi kisebb atom kitölti a halmazok közötti űrt.
A végeredményként létrejövő anyag hihetetlenül feszes alternatívája a normál fémnek.

A kilencvenes évek elején Johnson és kollégája, Atakan Peker a Caltech kutatója végre sikeresen hozott létre egy ezen a módszeren alapuló ötvözetet. Az anyagot Vitreloy néven hozzák forgalomba.

Az ötvözet cirkónium, titánium, réz és nikkel "nagy" atomokat, valamint berillium "kis" atomokat tartalmaz. A Vitreloy rugalmasabb, mint az acél, és 400 fokon már alakítható, szemben az acél 1000 fokos hőmérséklet határával. Ezzel sokkal olcsóbb és vonzóbb az ipar számára.

Ám természetesen nem ment minden a tervek szerint. A cég első Vitreloy terméke egy golfütő volt, mely az anyag rugalmassága miatt távolabb ütötte volna a labdát, mint bármely vetélytársa. Azonban itt is fellépett egy probléma. Bár a fémüvegek szupererősek, hihetetlenül törékenyek is. Az ablaküveghez hasonlóan elrepednek, és nagyobb erőhatásra berobbannak. Míg a normál fémek lassan hajlanak a szemcsék mentén, addig a fémüvegek figyelmeztetés nélkül egyszer csak ripityára törnek. Így a golfütőket soha nem dobták piacra. A korai prototípusok gyakran 40 ütés után darabokra törtek.

A folyékonyfém kutatás azt mutatta, hogy a törékenység oka az anyag nyomáspontjain kialakuló "nyírósávok". A kristályos anyagban, ezek a sávok rövid ideig nőnek a szemcsehatárok mentén, majd a kristály kialakulásakor megállnak, ám az amorf anyagokban ezek a sávok tovább nőnek. Johnson és csapata megoldotta a problémát úgy, hogy egy közbülső anyagot hoztak létre. Összekeverték a kristályrészecskéket a Vitreloy-ban, egyfajta akadályt hoztak létre a nyírósávok előtt, így azok nem nőttek tovább.

Azonban ez sem volt ideális megoldás. Johnson olyan fémüveget akart létrehozni, melyhez nincs szükség kristályokra. Tavaly a kutatás végre kifizetődött.
A fejlesztők megtalálták a platina, réz, nikkel és foszfor üveges elegyét, mely nem törik. Amikor erőt alkalmaztak számos nyírósáv alakult ki, ám mindegyik apró és vékony maradt. Bár az új üveg majdnem 60 százalékban platinából állt, igen drága a tömeges gyártáshoz. Ám számos tanulmány segíti a kutatókat abban, hogy gyorsan megtalálják a megfelelő alternatívákat. Kiderült az is, hogy minél rugalmasabb a fémüveg, annál kevésbé törik.

Ennek oka az anyag folyadékszerű viselkedése. A folyadékok igen könnyen mozognak és szinte azonnal visszatérnek egy korábbi alakba; ha például egy kanalat folyadékba merítünk, majd eltávolítjuk, a keletkezett lyuk azonnal beforr.

A kutatók régen tudják, hogy az ötvözetek kevésbé folyadékszerűek, ha az atomi kötések fémesek, ami azt jelenti, hogy az elektronok, melyek összefogják az atomokat, az anyag egyik részéből könnyen a másikba mozognak. Így a kutatók képesek lennének csökkenteni a törékenységet azzal, hogy olyan elemeket választanak, melyek növelik a fémes kötések fokát. Azonban egyelőre senki nem tudja, hogyan lehetne ezt megoldani. Pedig minél fémesebb a kötés, annál kevésbé törékeny az anyag.

Egy másik előny, hogy a fémüveget olcsóbb anyagok, vas vagy réz segítségével is létre lehet hozni.
2003-ban Joseph Poon és Gary Shiflet létrehozta az első acélüveget, mely szenet, vasat és némi mangánt tartalmazott. Mivel a mangán nem mágneses, az eredményképpen létrejött anyag az első, nem mágneses acél volt. Nagy áttörés lehetett volna, mivel a nem mágneses acélt nagyon jól lehetne alkalmazni a radartechnológiában. Azonban ez az anyag is igen törékeny, de a kutatók nem adták fel, már dolgoznak a hiba javításán.




Forrás: Hiradó.hu