Российские ученые предложили сделать наноалюминий из металлического стекла

Нанометаллы пригодятся в ракетостроении и создании принципиально новых композитов

Ученые из НИТУ «МИСиС» и Университета Тохоку (Япония) изучили металлическое стекло и обнаружили совершенно неожиданный эффект. С его помощью можно быстро и недорого получать сферические однотипные наночастицы алюминия. Соответствующая статья опубликована в Intermetallics

Металлическим стеклом называют вещества, которые при обычных условиях, остывая, образуют кристаллические решетки, похожие на те, из которых состоят металлы. Однако, если их охладить максимально резко, молекулы в таких материалах застывают неупорядоченно и нормальные кристаллические решетки не возникают. Благодаря этому такие материалы перспективны для ряда отраслей, но в то же время имеют ненормально высокую хрупкость (в ряде случаев близкую к обычному стеклу). Вдобавок действительно быстрое охлаждение металлов и их сплавов требует экзотических производственных методов, например осаждения из газовой фазы (для чего нужно вначале эти металлы испарить, а потом осаждать в вакуумной камере) или даже распыления в охлаждающей среде с помощью взрыва. Поэтому пока такие материалы дороги.

Российские исследователи изучили, как меняются свойства металлического стекла с составом Al85Y8Ni5Co2. Неожиданно они обнаружили, что если этот сплав нагревать с разной скоростью, то свойства получающихся металлических стекол с формально одним и тем же химическим составом будут разными. Связано это, вероятно, с тем, что хаотичность структуры таких металлических сплавов слегка отличается в зависимости от температуры. У неожиданного наблюдения оказались значимые практические следствия.

Если материал нагревать быстро, то из-за скоростной кристаллизации в нем возникают наночастицы сферической формы из практически чистого алюминия, размер их около 10 нанометров в диаметре. Получающийся сплав хотя и тверд, но хрупок, и поэтому его легко разбить. В норме с хрупкостью металлических стекол борются, но в данном случае это скорее преимущество. Кроме того, нужный по скорости нагрев достигается в рамках стандартных методов металлургии: после отливки материал нужно лишь подвергнуть обычной термической обработке, и он тут же насыщается наночастицами алюминия.

Авторы работы предлагают помещать такой материал в обычные шаровые мельницы, измельчать его и брать оттуда наночастицы алюминия. Такая методика на данный момент — самый дешевый способ получения наночастиц данного металла.

Наноалюминий по свойствам заметно отличается от обычного алюминиевого порошка. Например, обычный порошок воспламеняется при тысяче градусов по Цельсию, а нанопорошок — при 660. Детонирует нанопорошок из алюминия на 30 процентов быстрее, а удельная тяга ракетного топлива на его основе на 70 процентов выше (впрочем, такое топливо подходит далеко не для всех ракет). Наночастицы одинакового размера можно добавлять в другие материалы, увеличивая их твердость (до сих пор это было непрактично из-за дороговизны получения наноалюминия). Наконец, частицы наноразмеров — эффективный катализатор, ведь из-за малых габаритов соотношение массы к поверхности у них очень большое

Директор Института биомедицинской инженерии Фёдор Сенатов на визионерской сессии «Прекрасное не далеко. Квантовый мир завтрашнего дня»Директор Института биомедицинской инженерии Фёдор Сенатов на визионерской сессии «Прекрасное не далеко. Квантовый мир завтрашнего дня»