Laureat Quasikryształu

Dan Shechtman , Philip Tobias, profesor inżynierii materiałowej w Haifa Technion Israel Institute of Technology, otrzymał w zeszłym tygodniu Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za odkrycie quasikryształów – formy materii o strukturze atomowej, która wcześniej uważana była za niemożliwą.

W 1982 roku Shechtman odkrył nową strukturę atomową, badając szybko schłodzoną mieszankę aluminium i manganu. W przeciwieństwie do zwykłego kryształu, który ma uporządkowaną, powtarzającą się strukturę, materiał ten zawierał wzór, który nigdy się nie powtarzał. Od tego czasu odkryto wiele innych rodzajów quasikryształów.

W 1992 roku Międzynarodowa Unia Krystalografii zmieniła oficjalną definicję kryształu, aby uwzględnić odkrycie Shechtmana.

DZIECI : Czy są możliwości wynalezienia nowych rodzajów materiałów z powodu quasikryształów?

Shechtman: W quasikryształach zawsze jest coś nowego. Na całym świecie pracuje nad tym tak wielu ludzi, że co miesiąc pojawiają się nowe rozwiązania. Jeśli używasz materiału do aplikacji, potrzebujesz specjalnej właściwości, która będzie lepsza niż inne materiały — w przeciwnym razie po co używać tego materiału? Materiały quasi-okresowe mają pewne unikalne właściwości, takie jak właściwości elektryczne, właściwości optyczne, twardość i właściwości zapobiegające przywieraniu. Kierunek światła przechodzącego przez ten materiał jest inny. Elektrycznie zachowują się w bardzo specyficzny sposób w zależności od temperatury. Niektóre z tych właściwości zostały wykorzystane.

Jaki był pierwszy produkt oparty na quasikryształach?

Pierwszym zastosowaniem była powłoka zapobiegająca przywieraniu na patelniach i naczyniach kuchennych. Jeśli gotujesz na quasikryształach, Twój omlet nie będzie się do niego przywierał, jak teflon. Ale w przeciwieństwie do Teflonu, jeśli użyjesz noża na [quasi-krysztale] patelni, zniszczysz nóż. Kiedy masz teflon i używasz noża, niszczysz teflon. Zniszczony teflon nie jest zdrowy. Mam patelnię, która jest pokryta plazmą quasikryształami i działa bez zarzutu. Wyprodukowała go francuska firma Sitram. Zamknęli linię produkcyjną, ponieważ mieli kilka problemów z reakcją powłoki z solą. Jeśli ludzie gotują z dużą ilością soli, wytrawi ona quasikrystaliczną powłokę. Ludziom się to nie podobało, więc nie kontynuowali.

Cytat Nobla mówi, że quasikryształy są kruche, ale mogą wzmacniać stal jak pancerz. Jakie są praktyczne zastosowania?

Szwedzka firma Sandvik produkuje utwardzaną wydzieleniowo stal nierdzewną o ciekawych właściwościach. Stal jest wzmocniona drobnymi cząstkami quasikrystalicznymi i nie koroduje. To niezwykle wytrzymała stal. Jest używany do wszystkiego, co dotyka skóry, na przykład żyletek lub narzędzi chirurgicznych. Kiedy materiał odkształca się w taki sposób, że nie odskakuje, w większości przypadków deformacja jest spowodowana procesem zwanym poślizgiem dyslokacji. W materiale występują wady powodujące przemieszczenia. Jeśli mogą się swobodnie poruszać, łatwo jest zgiąć materiał. Ale jeśli coś ich powstrzymuje, to jest trudniej, a materiał jest twardszy i mocniejszy. Te małe cząsteczki quasikrystaliczne utrudniają ruch dyslokacji w materiale.

Cytat mówi również, że quasikryształy są wykorzystywane do opracowywania izolacji cieplnej, diod LED, silników Diesla i nowych materiałów, które przekształcają ciepło w energię elektryczną. Jakie nowe aplikacje Twoim zdaniem są najbardziej obiecujące ?

Ponieważ niektóre z tych materiałów mają niski współczynnik tarcia, mają właściwości zapobiegające przywieraniu, a także są twarde, wyobraź sobie, co by się stało, gdybyś wyprodukował quasikrystaliczny proszek w maleńkich kuleczkach w szybkim procesie krzepnięcia, procesie atomizacji gazowej, wtedy możesz osadzić drobne proszki w plastiku. Ponieważ cząstki te są mocne i mogą wytrzymać tarcie i zużycie, możesz wykonać koła zębate z tego tworzywa sztucznego, a koła zębate nie ulegną erozji z powodu tych osadzonych cząstek. To jak ochrona przed erozją. Może to służyć w wentylatorach i wentylatorach z plastikowymi zębatkami. Również przewodnictwo cieplne niektórych z tych quasikryształów jest bardzo słabe. To prawie izolator. Można więc nim pokryć i będzie izolował przed przenoszeniem ciepła.

Ikozaedryt, naturalnie występujący minerał quasikrystaliczny, został zidentyfikowany w próbce z rzeki Chatyrki w Czukhotce w Rosji. Czy to się przyda?

To ważne odkrycie, bo pierwsze znalezione w naturze, ale nie ma praktycznych zastosowań. Jest wiele, wiele metali, ale jeśli myślisz, że wszystkie metale można wykorzystać do czegoś pożytecznego, pomyśl jeszcze raz. Spójrz na materiały budowlane. Mamy stal na bazie żelaza, mamy stopy aluminium, stopy magnezu, stopy na bazie tytanu, stopy na bazie niklu, stopy miedzi i to wszystko, jeśli o nich nie zapomniałem. Co robią wszystkie inne metale? Jakie są zastosowania iterbu? Jakie są zastosowania wszystkich innych metali? Tak więc posiadanie aplikacji na materiał nie jest trywialne.

ukryć