Maailman sitkein materiaali on nyt kromin, koboltin ja nikkelin seos

Metalliseoksen kesto vain kohenee hyvin alhaisissa lämpötiloissa.

Mikroskoopin kuvassa metalliseos on kokeessa –253 asteessa pakkasta. Vasta silloin yhdisteessä alkoi näkyä murtumia.

10.1. 2:00 | Päivitetty 11.1. 18:00

Kromin, koboltin ja nikkelin metalliseos on nyt virallisesti maapallon sitkein materiaali.

Materiaalien tutkijat ovat tienneet jo vuosia, että tuo metalliseos on hyvin sitkeää.

Kokeet yllättivät silti. Seos vain sitkistyi, vaikka kokeen lämpötilat kokeessa laskivat. Metalliseokseen tuli vähemmän säröjä kuin huoneen lämpötiloissa.

Tällainen murtumisen sieto on poikkeuksellista. Useimmat materiaalit muuttuvat heikommiksi, kun ne kylmenevät. Puhutaan murtumisen siedosta tai murtumissitkeydestä.

”Paljon puhutaan grafeenin sitkeydestä. Sen kestävyys on ilmaistu arvolla neljä”, sanoo Robert Ritchie. Hän on Kalifornian yliopiston tekniikan professori Berkeleyssä.

”Tämän materiaalin sitkeys (toughness) on 450–500 megapascalia kertaa metrin neliöjuurta kohden (murtumissitkeyden yksikkö). Nämä ovat käsittämättömiä lukuja.”

Lawrencen kansallinen laboratorio Berkeleyssä kertoi Live Science -verkkopalvelulle, että lentokoneissa käytetään alumiinisia metalliseoksia, joiden sitkeys on huomattavasti vähäisempi.

Uutta materiaalia voi käyttää esimerkiksi avaruudessa, jossa on ääriolot. Maan päällä metalliseos sopii esimerkiksi säiliöiden aineeksi.

Ritchie muistuttaa kuitenkin, että kaksi metalliseoksen kolmesta alkuaineesta eli nikkeli ja koboltti ovat kohtuuttoman kalliita. Se rajoittaa tämän metalliseoksen eli lejeeringin käyttöä.

Kromi-, koboltti- ja nikkeliseos on esimerkki metalliseoksesta, jota valmistetaan laittamalla sekoitukseen yhtä paljon jokaista aineosaa.

Tutkijat selittivät metalliseoksen ominaisuuksia sen molekyylirakenteella. Metalliseoksen atomit esimerkiksi voivat siirtyä paikoiltaan kovassakin paineessa. Tällöin ne voivat liukua toistensa päälle.

Liike mahdollistaa sen, että materiaali voi muuttaa muotoaan paineen kasvaessa, eikä se silti murru tai rikkoudu.

Tutkijat altistivat kokeessa metalliseoksen ensiksi nestemäiselle typelle, jonka lämpötila on noin miinus 196 astetta celsiusta.

Sitten lejeerinki laitettiin nestemäisen heliumiin. Sen lämpötila on peräti miinus 253 astetta celsiusta, kertoo koetta tehnyt Dong Liu. Hän on fyysikko Bristolin yliopistosta Englannissa.

Vasta sitten yhdiste osoitti murtumisen merkkejä.

Grafeeni jää selvästi kakkoseksi. Se on luja vain pienessä, nanometrien kokoluokissa, Liu kertoo Live Sciencelle.

"Grafeeni voi yllättäen särkyä pirstaleiksi, kuin lattialle heitetty muki.”

Testatut kromi-, koboltti- ja nikkeliseosnäytteet olivat tupakka-askin kokoa. Se tarkoittaa, että yhdiste säilytti lujuutensa arkipäivän esineiden kokoluokassa.

”Jos kuljetat autolla vetysäiliötä, joka on valmistettu hauraasta materiaalista, sinulla on käytännössä pommi mukanasi.”

”Mutta pommia ei ole, jos säiliö on valmistettu tästä seoksesta”, , Liu sanoo.

Ritchie haluaa nyt kehittää uusia seoksia, jotka voisivat olla yhtä lujia.

Alkuaineiden jaksollisen järjestelmän taulukossa on kymmeniä alkuaineita, joista voi tehdä metalliseoksia.

”Kolmen, viiden tai seitsemän yhdisteleminen tarkoittaa, että uusia kokeiltavia metalliseoksia on periaatteessa miljoonia.”

Tutkimuksen julkaisi tiedelehti Science.

Lue lisää: Auton alkuaineet ovat yhä eksoottisempia ja kalliimpia – Huippuyliopisto selvitti, mitä autoissa tarvitaan jatkossa

Oikaisu 10. tammikuuta kello 9: Jutun otsikossa puhuttiin aluksi kovuudesta, samoin kahdesti tekstissä. Oikein on puhua lujuudesta.Kello 13: Myös sana sitkeys korvattu sanalla lujuus. Kello 18: Otsikossa sanan yhdiste tilalle korjattu seos. Oikaisua 11. tammikuuta kello 18: Oikea käsite on sitkeys, joka liittyy murtumisen sietoon. Korjattu murtumisen siedon yksikkö.

Luitko jo nämä?

Osaston luetuimmat