크라이오

로렌스 버클리 국립 연구소(Berkeley Lab)의 연구원들은 극저온에서 나노 규모의 순수 티타늄을 조작하여 연성을 희생하지 않고 초강력 "나노쌍정" 티타늄을 생산하기 위해 극저온 단조라는 기술을 사용했습니다.

Berkeley Lab의 나노과학 사용자 시설인 Molecular Foundry의 국립 전자 센터 소장이자 연구 프로젝트 책임자인 Andrew Minor는 "이 연구는 누군가가 벌크 재료로 순수한 나노쌍둥 구조를 생성한 최초의 연구입니다."라고 말했습니다. "나노쌍정 티타늄을 사용하면 더 이상 강도와 연성 사이에서 선택할 필요가 없으며 대신 두 가지 모두를 달성할 수 있습니다."

금속의 기계적 특성은 부분적으로 입자(재료의 내부 구조를 형성하는 반복되는 원자 패턴의 개별 결정 영역)에 따라 달라집니다. 입자 크기를 줄이면 재료의 강도가 증가하지만 연성과 같은 다른 특성은 희생됩니다.

"재료의 강도는 일반적으로 내부 입자의 크기와 상관관계가 있습니다. 작을수록 좋습니다"라고 Minor는 말합니다. "그러나 높은 강도와 ​​연성은 일반적으로 상호 배타적인 특성입니다."

나노쌍둥이는 결정 구조의 경계가 거울 이미지처럼 대칭으로 정렬되는 원자 배열입니다. 나노쌍정 티타늄을 만들기 위해 연구팀은 극저온 단조를 사용했습니다.

이 기술은 99.95% 이상의 순수 티타늄 큐브를 영하 321°F의 액체 질소에 넣는 것으로 시작됩니다. 큐브가 물속에 잠겨 있는 동안 큐브의 각 축에 압축이 적용됩니다. 이러한 조건에서 물질의 구조는 나노쌍둥이 경계를 형성하기 시작합니다. 큐브는 나중에 750°F로 가열되어 쌍둥이 경계 사이에 형성된 구조적 결함을 제거합니다.

연구진은 나노쌍정이 금속의 강도를 두 배로 늘리고 실온에서 연성을 30%까지 증가시킨다는 사실을 발견했습니다. 초저온에서는 개선이 훨씬 더 극적이었습니다. 나노쌍정 티타늄은 부서지기 전에 길이가 두 배로 늘어날 수 있었습니다.