Superstærk, elastisk sølv

Prøv at bøje din iPhone halvt. Eller rul din tablet op som en rulle. Eller vikl et berøringsskærms -tv om en stang. Det fungerede ikke så godt, gjorde det? Det skyldes, at det keramiske materiale, der bruges til at lave mange af nutidens berøringsskærme, kun har to af tre nødvendige kvaliteter:det er ledende, det er gennemsigtigt - men det er ikke fleksibelt.

"Det er skørt, og så hvis du bøjer det, det går i stykker, "siger videnskabsmand fra University of Vermont Frederic Sansoz, professor i maskinteknik.

Men Sansoz og et team af andre forskere har fundet en opdagelse, der kan ændre det. Ved at arbejde med sølv i en forsvindende lille skala - nanotråde kun et par hundrede atomer tykke - opdagede de, at de kunne lave tråde, der både var superstærke "og elastiske som tyggegummi, " han siger.

Denne form for sølvtråd kunne formes til et net, der leder strøm, tillader lys at skinne igennem - og bøjer så let "du kan muligvis binde din smartphone til en knude, " han siger.

Eller, som de skriver i deres undersøgelse, "vi rapporterer usædvanlig rumtemperatur-superforlængelse uden at blive blødgjort i ansigtscentrerede-kubiske sølv-nanokrystaller."

Teamets resultater blev offentliggjort i aprilnummeret af tidsskriftet Naturmaterialer .

Små er stærkere

UVM's Sansoz, hans samarbejdspartner Scott Mao ved University of Pittsburgh, og deres kolleger har ledet banebrydende forskning i, hvordan man transformerer bløde metaller, herunder guld, i superstærke ledninger på nanoskalaen. Det er en del af et voksende forskningsområde, der viser, at efterhånden som materialer er konstrueret til at være mindre og mindre, er det muligt at fjerne mange defekter i atomskalaen. "Og det gør dem meget stærkere, " han siger, "generelt, mindre er stærkere. "

Men der er et problem. "Når du gør dem stærkere, de bliver sprøde. Det er tyggegummi versus vinduesglas, "Sansoz siger.

Derfor blev han meget overrasket over, hvad teamet opdagede om sølv.

Da tråde af sølv gøres mindre og mindre, ned til omkring 40 nanometer, de følger den forventede tendens:de bliver relativt stærkere og mere sprøde. Men tidligere forskning fra andre forskere havde vist, at ved endnu mere ekstrem lillehed-under 10 nanometer-gør sølv noget underligt. "Den opfører sig som en Jello -gelatine -dessert, "Sansoz siger." Det bliver meget blødt, når det komprimeres, har meget lidt styrke, og langsomt vender tilbage til sin oprindelige form. "

Materialeforskere antager, at dette sker, fordi sølvkrystallerne er så små, at de fleste af deres atomer er på overfladen, med meget få indvendige atomer. Dette tillader diffusion af individuelle atomer fra overfladen at dominere metalets adfærd i stedet for revner og glidning af organiserede gitter af atomer indeni. Dette forårsager de mindste, men solid, sølvkrystaller til at have væske-lignende adfærd selv ved stuetemperatur.

"Så vores spørgsmål var:hvad sker der i afstanden mellem 10 nanometer og 40 nanometer?" siger Sansoz. "Dette er den første undersøgelse, der ser på denne række af diametre af nanotråde."

Pas på Mellemrummet

Hvad forskerteamet fandt i hullet - ved hjælp af både et elektronmikroskop og atomistiske modeller på en supercomputer - er, at "de to mekanismer sameksisterer samtidigt, "Sansoz siger. Dette giver sølvtråde i den lille udforskede zone både styrken af" mindre-er-stærkere "-princippet med deres mindre fætters væskelignende underlighed. Ved denne guldlås-lignende størrelse, når der dannes defekter på overfladen af ​​ledningen, når den trækkes fra hinanden, "så kommer diffusion ind og helbreder defekten, "Sansoz siger." Så det strækker sig bare og strækker sig og strækker sig - forlænger op til to hundrede procent. "

Der har været bemærkelsesværdige fremskridt siden 2010 med anvendelse af sølv nanotråde i elektronik, Sansoz siger, herunder ledende elektroder til berøringsskærme. Og nogle virksomheder arbejder hårdt på at anvende disse ledninger til at skabe omkostningseffektive fleksible skærme. "Men, lige nu, de fremstiller helt i mørket, "Sansoz siger." De ved ikke, hvilken størrelse wire er bedst. "Hans nye opdagelse skulle give kemikere og industrielle ingeniører en målstørrelse til at skabe sølvtråde, der kunne føre til de første foldbare telefoner.