Lehigh Üniversitesi ve ABD Enerji Bakanlığı Entegre Nanoteknoloji Merkezi’nden (CINT) bilim adamları, nanomalzemelerdeki küçük sınırların performansları üzerinde ne kadar önemli bir etkiye sahip olduğunu araştırmak için işbirliği yapıyor. Kristallerdeki atomların bir araya geldiği sonsuz küçük bölgelerden veya sınırlardan bahsediyoruz.
Lehigh Üniversitesi’nin PK Rossin Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi’nde malzeme bilimi ve mühendisliği alanında yardımcı doçent olan Fadi Abdeljawad’a göre, atomlar bir araya gelerek esas olarak insan saçının yaklaşık 1/10.000’i büyüklüğünde yapılar olan nanokristaller oluşturuyor. Bu kristaller çoğu yapısal malzemeyi oluşturmak için yapbozun parçaları gibi bir araya geliyor.
Araştırmacılar, kristallerin buluştuğu alanların malzemenin nasıl davranacağını belirlemede kritik bir rol oynadığını buldu. Nano Letters dergisinde yayınlanan bir makalede araştırmacılar, nanomalzemelerdeki üçlü bağlantı olarak bilinen küçük özelliklerin, bu malzemeleri yüksek sıcaklıklarda stabil tutmada nasıl kritik bir rol oynadığını incelediler.
Nanokristalin malzemeler çok sayıda küçük kristalden oluşan son derece ince bir yapıya sahiptir. Bu küçük kristal boyutu malzemeyi daha güçlü hale getirebilir. Ancak bu kristalleri zaman içinde küçük ve sabit tutmak zordur çünkü büyümeye eğilimlidirler ve bu da malzemeyi zayıflatabilir.
Araştırmacılar, bu malzemeleri yüksek sıcaklıklarda sabit tutmanın anahtarının üçlü bağlantılarda (bu nanokristallerin üçünün buluştuğu köşelerde) yattığını buldu. Bilim insanları, bir alaşım oluşturmak için belirli atomlar eklendiğinde bu üçlü bağlantı noktalarında yer almayı “tercih ettiklerini” keşfettiler. Bu “kimyasal ayrışma” veya atomların üçlü bağlantı noktalarında toplanması, tanelerin büyümesini engellemeye yardımcı olur ve böylece malzemenin zamanla güç kaybetmesini önler.
Bu çalışma, platin nanomalzemedeki üçlü bağlantılara yerleştirilen altın atomlarının, malzemenin yüksek sıcaklıklarda stabil kalmasına izin verdiğini gösterdi.
Abdeljawad, bu süreci anlayarak bilim adamlarının daha iyi nanokristalin alaşımlar geliştirebileceğini söylüyor. Üçlü bileşiklere girecek ve malzemeyi stabilize edecek belirli elementleri seçebilirler. Bu, özellikle havacılık ve enerji endüstrileri gibi yüksek sıcaklıklarda güç ve dayanıklılığın önemli olduğu uygulamalarda önemlidir.
Lehigh’de hesaplamalı malzeme bilimcisi olan Abdeljawad, bu sonuçları tahmin eden kapsamlı hesaplamalı araştırmalar yürüttü. Modelleri test etmek için hesaplama ekibi Entegre Nanoteknoloji Merkezi (CINT) ile birlikte çalıştı. CINT, nano ölçekli araştırmalar için araçlar ve uzmanlık sağlayarak malzeme bilimi, nanofabrikasyon ve nanofotonik alanlarında araştırma yapılmasını sağlar.
