Когато работим със свръхохладени течни горива на Земята или е необходимо да се издържи на ледените условия в дълбокия космос, се нуждаем от материали, които не се чупят. Повечето метали стават крехки и се разрушават при толкова ниски температури. Нови изследвания обаче въвеждат новаторски подход – изграждане на метални структури атом по атом. Това довежда до създадаването на здрави и издръжливи сплави, способни да устоят на тези сурови условия.

Ограничения на традиционните методи

Класическите техники, като укрепване чрез преципитация, често не са достатъчни за криогенни приложения. При изключително ниски температури металите губят пластичност и могат да се счупят внезапно, което е критичен проблем в космическите и енергийните технологии.

Новаторски подход: подредба на атомно ниво

Проучване, публикувано в списание Nature, представя нов метод за създаване на издръжливи метални сплави чрез комбиниране на два типа атомни структури:

  • Поднаномащабна краткоразстоятелна подредба (SRO) – миниатюрни острови от организирани атоми;

  • Наномащабна дългоразстоятелна подредба (NLRO) – по-големи структури, подсилващи материала.

Посредством термична обработка и механично оформяне учените създадоха условия за самосглобяване на атомите в желаната конфигурация.

Резултат: нова кобалт-никел-ванадиева сплав

Изследователите разработиха кобалт-никел-ванадиева сплав, която запазва здравина и издръжливост дори при -186 °C (87 K). Лабораторни тестове за разтягане и изтегляне доказаха, че сплавта може да понесе големи натоварвания без разрушаване.

„Нашите резултати подчертават влиянието на двойното химично подреждане върху механичните свойства и предлагат насоки за бъдещо подобряване на криогенните материали“, коментира Шан-Тун Ту, съавтор на проучването.

Практически приложения в космоса и енергетиката

Благодарение на своята издръжливост при екстремен студ новата сплав има широки приложения:

  • Космически изследвания – изграждане на по-устойчиви космически кораби, които да издържат в дълбокия космос;

  • Енергиен сектор – производство на по-безопасни тръби и резервоари за втечнен природен газ (LNG).

Бъдеще на атомното инженерство

Учените вярват, че този подход на атомно инженерство може да бъде приложен и върху други метали, което да доведе до ново поколение материали за екстремни условия – здрави, надеждни и безопасни.

DOI: 10.1038/s41586-025-09458-1

Източник: Phys.org