UCLA (University of California at Los Angeles) Henri Samueli Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi'nden araştırmacılar tarafından yönetilen bir grup bilim insanı, süper-güçlü ve hafif bir yapısal metal üretmeyi başardı. Metalin ağırlığa dayanma kabiliyetinin (metalurjide stress-strain katsayısı olarak ölçülen değer) çok yüksek olduğu gözlemlendi. Bu yeni metal, seramik silikon karbür nanoparçacıklarının magnezyum içerisine aşılanması ile oluşturuluyor. Daha hafif uçaklar, uzay araçları, uydular, taşıma araçları üretilmesini, yakıt verimliliğinin artırılması ile doğanın daha çok korunmasını sağlayabilecek bu metal ile, taşınabilir elekronik cihazların ve biyomedikal teknolojilerinin geliştirilebileceği de düşünülüyor.

Süpergüçlü ancak ultra hafif metal üretmek için, araştırmacılar ergimiş metallerin içerisine nanoparçacıkları yaymak ve stabilize etmek için yeni bir teknik geliştirdiler. Bununla birlikte ölçeklenebilir elle üretim metodu geliştiren bilim insanları daha yüksek performanslı ultra hafif malzemelerin geliştirilmesinin önünü açmış oldular. Araştırmanın tüm detayları ve sonuçları Nature'da yayımlandı.

Nanoparçacıklar, özellikle de magnezyum gibi hafif metallerin esnekliğine ve plastisitesine zarar vermeden dayanıklılıklarını artırabiliyor. Bu ne kadar bilinen bir durum olsa da bugüne kadar hiçbir araştırma ekibi seramik nanoparçacıklarını ergimiş metallerin içine yaymayı veya dağıtmayı (karıştırmak kastediliyor) denememişti.

Yapısal metaller yük taşıyabilen (üzerine yapılar kurabildiğimiz) metallerdir ve binalarımızda, araçlarımızda onlardan yararlanırız. Alüminyumun üçte ikisi kadar bir yoğunluğa sahip olan magnezyum ise bilinen en hafif yapısal metaldir. Silikon karbür de ultra-sert bir seramik cinsi olarak endüstriyel kesicilerin üretilmesinde kullanılır. Araştırmacılar bunlara dayanarak 100 nanometreden daha küçük silikon karbür parçacıklarını magnezyuma katarak metalin kuvvet, sertlik, plastisite ve dayanıklılığında ciddi geliştirmeler yapmayı başardı.

Seramik parçacıklarının metallerleri kuvvetlendirebildikleri çok uzun zamandır  biliniyordu. Ne var ki, mikroölçekli seramik parçacıklarının eklenmesi malzemelerin plastisitesini kaybetmesine sebep oluyordu.

Nanoölçekteki parçacıklar ise aynı anda hem metallerin esnekliğini koruyup hatta artırıp sertliğini / gücünü artırabiliyor. Ancak nanoölçekteki seramik parçacıkları homojen biçimde dağılmaktansa birbirlerine tutunup form oluşturmaya daha eğilimliler.

Bu sorunun üstesinden gelmek için de araştırmacılar, parçacıkları ergimiş haldeki magnezyum çinko alaşımı'nın içine yaymayı (aşılamak da denir) denediler. Bu yeni keşfedilen metod, parçacıkların hareketinden dolayı olan kinetik enerjilerinden faydalanarak yayılmalarını sağlamaya dayanıyor. Böylelikle parçacıkların birbirlerine tutunması engellenerek orantılı biçimde dağılmaları sağlanıyor.

Metalin gücünü ve sertliğini daha da artırmak için araştırmacılar yüksek basınçlı torsiyon tekniği ile malzemeyi daha da sıkıştırmaya çalıştı.

Metal nanokompozit olarak anılan yeni maddenin yüzde 14'ü silikon karbür nanoparçacığı iken 86'sı magnezyum'dan oluşuyor. Magnezyum kaynaklarının çok sayıda ve verimli olması kullanımının da doğaya ve çevreye zararlı olmayacağı düşünülüyor.

---

Kaynak : Lian-Yi Chen, Jia-Quan Xu, Hongseok Choi, Marta Pozuelo, Xiaolong Ma, Sanjit Bhowmick, Jenn-Ming Yang, Suveen Mathaudhu, Xiao-Chun Li. Processing and properties of magnesium containing a dense uniform dispersion of nanoparticles. <em>Nature</em>, 2015; 528 (7583): 539 DOI: 10.1038/nature16445

---