Sự thay đổi nguyên tử trong kim loại có thể giúp kéo dài tuổi thọ của pin

Các ứng dụng của nghiên cứu mới cũng bao gồm các loại xe nhẹ hơn và thiết kế tùy chỉnh của kim loại thế hệ tiếp theo.
Sự thay đổi nguyên tử trong kim loại có thể giúp kéo dài tuổi thọ của pin
Minh họa của các nguyên tử.

Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL) đang nghiên cứu sự thay đổi cấp độ nguyên tử của kim loại trải qua biến dạng cắt để suy ra tác động của lực vật lý lên những vật liệu này, theo một báo cáo của Phys.org được công bố hôm thứ Hai.

Công việc này có thể dẫn đến nhiều ứng dụng mới và cải tiến như pin bền hơn và xe nhẹ hơn.

Tìm hiểu kim loại ở cấp độ nguyên tử
"Nếu chúng ta hiểu điều gì xảy ra với kim loại ở cấp độ nguyên tử trong quá trình biến dạng cắt, chúng ta có thể sử dụng kiến ​​thức đó để cải thiện vô số ứng dụng khác trong đó kim loại chịu những lực tương tự, từ cải thiện tuổi thọ pin đến thiết kế kim loại có các đặc tính cụ thể, như hợp kim nhẹ hơn, mạnh hơn cho Chongmin Wang", thành viên Phòng thí nghiệm PNNL và là trưởng nhóm nghiên cứu đằng sau những thí nghiệm mới này, cho biết.

Các lực vật lý đều giống nhau bất kể chúng được tác dụng vào đâu, nghĩa là các lực được tác dụng trong quá trình sản xuất kim loại để tạo ra hợp kim cũng có thể làm hỏng các cấu trúc bên trong pin. Tuy nhiên, biến dạng cắt cũng có thể làm thay đổi cấu trúc vi mô của kim loại theo những cách thực sự có thể cải thiện vật liệu làm cho chúng mạnh hơn, nhẹ hơn và linh hoạt hơn. Nhưng điều đó xảy ra chính xác như thế nào vẫn còn là một bí ẩn.

ADDAFFI

Arun Devaraj, nhà khoa học vật liệu PNNL giải thích: “Nếu bạn chụp một bức ảnh của một vận động viên điền kinh khi bắt đầu và kết thúc đường chạy của họ, bạn có thể nghĩ rằng họ không hề di chuyển”. "Nhưng nếu bạn quay phim người chạy trong khi họ đang đi quanh đường đua, bạn sẽ biết họ đã đi được bao xa. Ở đây cũng vậy. Nếu chúng ta hiểu chính xác điều gì xảy ra với kim loại ở cấp độ nguyên tử trong quá trình biến dạng trượt, chúng ta có thể áp dụng kiến thức một cách chiến lược để thiết kế vật liệu có các thuộc tính cụ thể".

ADDVIDEO

Để đạt được sự hiểu biết này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một đầu dò chuyên dụng bên trong kính hiển vi điện tử truyền qua PNNL để ghi lại cách từng hàng nguyên tử bên trong kim loại di chuyển trong quá trình biến dạng cắt. Họ bắt đầu quá trình của mình với vàng vì nó dễ hình dung nhất ở cấp độ nguyên tử.

Tinh thể vàng
Trong quá trình biến đổi của kim loại, họ đã chứng kiến ​​các tinh thể vàng phân chia thành các hạt nhỏ hơn và nhận thấy rằng các khuyết tật tự nhiên trong sự sắp xếp các nguyên tử của kim loại đã thay đổi cách biến dạng trượt di chuyển chúng. 

Shuang Li cho biết: "Các khiếm khuyết trong tinh thể, kích thước hạt và cấu trúc vi mô trong kim loại có thể ảnh hưởng đến các đặc tính của kim loại, như độ bền và độ dẻo dai. Đó là lý do tại sao điều quan trọng là phải hiểu cách biến dạng cắt di chuyển các nguyên tử kim loại và ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô tổng thể của kim loại". PNNL postdoc và tác giả đầu tiên về ba nghiên cứu chia sẻ những kết quả này.

Kim loại tiếp theo được kiểm tra là đồng. Trong vật liệu này, biến dạng cắt tạo ra các sợi nano, đặc điểm cấu trúc làm cho kim loại mạnh hơn. Khi được pha trộn thêm với niobi, kết quả cho thấy rằng biến dạng cắt ảnh hưởng đến các nguyên tử khác nhau bên trong pha đồng và niobi của hỗn hợp kim loại. Những hiểu biết thu được từ quá trình này có thể được sử dụng để sản xuất các hợp kim với các đặc tính cụ thể.

ADDAFFI

Dữ liệu thu thập được từ các thí nghiệm này hiện có thể được dịch trực tiếp và ứng dụng ở bất cứ nơi nào kim loại chịu lực vật lý tương tự, dẫn đến pin bền hơn, hợp kim nhẹ hơn cho các phương tiện hiệu quả hơn và thiết kế tùy chỉnh của kim loại thế hệ tiếp theo.

Đỗ Quyên
Theo Interesting engineering
CÙNG CHUYÊN MỤC
ĐỌC THÊM