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May 25, 2023

재료가 단단해지면 과학자들이 측정을 시작합니다.

스트레스에 강인함 – 이는 신뢰하는 사람과 의존하는 자료 모두에 유용한 특성입니다. 다리나 비행기의 자재와 같은 구조물이 강하고 가능성이 낮기를 원합니다.

스트레스에 강인함 – 이는 신뢰하는 사람과 의존하는 자료 모두에 유용한 특성입니다. 여러분은 다리나 평면의 자재와 같은 구조물이 튼튼하고 깨지지 않기를 원합니다.

에너지부의 로렌스 버클리 국립 연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory)와 오크 리지 국립 연구소(Oak Ridge National Laboratory)의 과학자들은 지금까지 기록된 것 중 가장 견고한 물질인 크롬, 코발트 및 니켈의 금속 합금을 측정했습니다. 과학자들이 인성을 측정하기 위해 사용하는 측정에서 비행기에 사용되는 프레임은 35이고 가장 좋은 강철은 약 100입니다. 대조적으로 이 재료는 500이었습니다! 소재도 추울수록 단단해지는데, 이는 매우 특이한 현상입니다.

재료의 인성은 재료의 강함과 연성, 응력에 반응하여 구부러지거나 늘어나는 능력의 조합입니다. 거의 모든 재료에서 강도와 연성은 균형을 이루고 있습니다. 하나가 더 많으면 다른 하나는 더 적습니다. 금속은 결정이기 때문이다. 그것들은 계속해서 반복되는 단일 단위로 구성됩니다. 이 단위는 루빅스 큐브와 같은 3D 격자를 구성합니다. 강도와 연성의 특성은 격자의 특성에 따라 달라집니다.

그러나 단일 단위가 완벽하게 동일하지 않은 작은 장소가 항상 있습니다. 물리학자들은 이러한 불완전성을 결함이라고 부릅니다. 그들은 종종 단위가 만나는 경계에 있습니다. 일반적인 유형의 결함 중 하나를 탈구라고 합니다. 불완전한 격자 부분이 완벽한 부분과 만나는 곳입니다. 재료에 힘을 가하면 전위가 이동하고 재료가 구부러집니다. 전위가 더 쉽게 움직일수록 재료의 연성이 높아집니다. 대조적으로, 전위가 이동하는 것을 방해하는 막힘이 있을 때 재료는 강합니다. 구부리려면 더 많은 힘이 필요합니다. 그러나 이는 또한 더 부서지기 쉽고 균열이 발생하기 쉽습니다.

이 합금은 강도와 ​​연성이 상충되는 대신 두 가지가 모두 풍부하기 때문에 특이합니다. 그 독창성의 일부는 엔트로피가 높은 합금이라는 사실에서 비롯됩니다. 합금은 금속의 혼합물입니다. 그들은 혼합된 다양한 요소의 속성을 가지고 있습니다. 대부분의 합금은 대부분 하나의 원소에 소량의 다른 원소가 추가된 형태입니다. 그러나 고엔트로피 합금은 각 원소가 동일하게 혼합되어 있습니다. 이는 응력 하에서 매우 높은 강도와 ​​연성을 제공합니다. 이 그룹 내에서도 이 특정 합금은 뚜렷합니다. 여기에는 고유한 특성 조합을 제공하는 세 가지 다른 전위 장애물이 있습니다.

재료 과학자들이 20년 전에 고엔트로피 합금을 개발했지만, 그것이 얼마나 좋은지 정확하게 테스트할 수 있는 기술을 갖게 된 것은 최근에야 가능합니다. 거의 10년 전 버클리 연구소 과학자들은 이 물질을 -321F까지 낮추었습니다. 그들은 더 낮은 온도에서 테스트하고 싶었지만 해당 기술을 사용할 수 없었습니다. 작년에 팀은 액체 헬륨 온도, 즉 -424F에서 테스트했습니다! 또한, 새로운 현미경 기술을 통해 다양한 결정과 단 몇 개의 원자 너비까지 결함을 검사할 수 있었습니다.

이 자료는 조만간 응용 프로그램에 사용되지 않을 것입니다. 재료를 비행기나 교량에 사용하기 전에 재료를 다듬고 테스트하는 데 오랜 시간이 걸립니다. 하지만 이 물질을 측정하고 이해하면 특히 우주와 같은 극한 환경에서 사용하는 데 더 가까워집니다. 또한, 이는 과학자들이 더 풍부하고 저렴한 원소로 유사한 특성을 가진 재료를 만드는 방법을 이해하는 데 도움이 됩니다.