Ученые Техниона (израильского Технологического университета) в Хайфе совместно с германскими коллегами экспериментально доказали, что микронные частицы золота могут запоминать свою форму и восстанавливать ее. Путем диффузии экспериментаторы вносили изменения в форму частиц, после чего изменения формы были "исправлены". Исследование проводили докторант Олег Коваленко и д-р Леонид Клингер под руководством декана факультета материаловедения проф. Юджина Рабкина. Вместе с израильскими учеными в работе участвовал представитель германского Технологического института города Карлсруэ (KIT) Кристиан Брендель. Результаты были опубликованы в последнем номере журнала Advanced Science.
Материалы, способные запоминать форму, характерны тем, что они сами исправляют деформацию. У них обычно два физических состояния (фазы): первая, аустенит, упорядоченная и симметричная, и вторая, мартенсит, с меньшей упорядоченностью и асимметрией, но и эта фаза вполне устойчива. Самый известный пример перехода между двумя фазами - выплавка закаленной стали.
Переход материала в неустойчивое состояние невозможен без приложения механической силы или охлаждения. Асимметричная структура мартенсита позволяет материалу легко изменять свою пластическую форму. Во время деформации кристаллы ориентируются по направлению приложения силы. Но после того как сила снимается, кристаллы вспомнят свое расположение в аустените и попытаются вернуться к нему. Самый простой способ помочь им - нагреть материал, сообщив энергию процессу.
Как сказал проф. Рабкин, открытие возвращения этого материала к устойчивой фазе сразу по двум причинам должно удивить ученый мир: "Во-первых, первоначальная структура не была "совершенной" и равновесной в терминах энергетического баланса, во-вторых, этот материал, золото, в твердом состоянии не отличается полиморфизмом" (полиморфизм - способность вещества существовать в различных кристаллических структурах. - Т. В.).
Чтобы глубоко понять процесс, исследователи проанализировали движение атомов как во время механических нагрузок, так и во время нагревания. Они использовали компьютеры и построили модели молекулярной и атомной динамики. Выяснилось, что механические нагрузки приводят к образованию центров кристаллизации и скольжению петель, которые появляются как следствие одномерной механической деформации кристаллов, благодаря чему материал в целом претерпевает пластическую деформацию. Дислокация кристаллов в новых условиях создает ступеньки на поверхности микронного размера частицы, в свою очередь, ступеньки используются как рельсы, ведущие атомы золота назад к месту, куда была приложена сила во время диффузии при высокой температуре. Таким образом, после прекращения приложения силы кристаллы могут вернуться в прежнее положение.
Особо интересен тот факт, что в то время, как деформация и диффузия - это классические примеры необратимых процессов, их сочетание удивительным образом может привести к обратимости. Дабы понять, насколько революционными оказались результаты опытов, их можно сравнить с кофе, который вылился из чашки, но забрался в нее опять. Или машина, после аварии возвращающаяся к прежней форме.
Открытие памяти у частиц металла размером в единицы микрон и нанометров способна прояснить исследователям поведение частиц еще меньшего размера, которые могут оказаться стабильными и устойчивыми к деформации.
"Всем известны неисправности, возникающие в смартфонах во время зарядки, связанные с эрозией разъема, куда подключается силовой кабель. Если выполнить разъем из частиц, способных самостоятельно восстанавливать форму, можно избежать этого. Еще одна область применения - направленная доставка лекарств в теле пациента, которые после оказания воздействия могут быть выведены простым нагреванием", - пояснил профессор.
vesty.co.il
