Ενημέρωση  »   Άρθρα   »  [arcl-0010]

ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΓΥΑΛΙΑ
Τα υλικά του μέλλοντος;

   Το πιο χαρακτηριστικό γνώρισμα του γυαλιού είναι η διαφάνειά του. Το γυαλί όμως που προσπαθούν να δημιουργήσουν οι επιστήμονες μπορεί να μην είναι διαφανές, θα είναι όμως εξαιρετικά ανθεκτικό και ελαστικό.

   Στο άκουσμα της λέξης "ΓΥΑΛΙ" έρχονται αμέσως στο νου μας αντικείμενα όπως ποτήρια και τζάμια. Πώς όμως είναι δυνατόν από μέταλλα να διαμορφωθούν ειδικά γυαλιά, τα οποία θα έχουν εφαρμογή σε πολλούς τομείς της καθημερινής ζωής; Στο Πανεπιστήμιο του Johns Hopkins φαίνεται πως έχουν βρει τη λύση.

    O Todd Hufnagel, ερευνητής στο ανωτέρω ίδρυμα, προσπαθεί να κατασκευάσει ένα νέο μεταλλικό γυαλί σε συμπαγή μορφή, το οποίο θα διαθέτει τεράστια αντοχή, ελαστικότητα και μαγνητικές ιδιότητες. Δημιουργώντας τα μεταλλικά γυαλιά, ελπίζει ότι θα μάθει περισσότερα για τα φαινόμενα που συμβαίνουν στο μικρόκοσμο, όταν ένα λιωμένο μέταλλο ψύχεται και γίνεται συμπαγές σώμα. Αυτή ακριβώς είναι η καθοριστική στιγμή κατά την οποία ένα νέο μεταλλικό γυαλί γεννιέται.

   O ερευνητής Todd Hufnagel, του οποίου οι σπουδές χρηματοδοτήθηκαν από το National Science Foundation και το U.S. Army Research Office, έχει διαμορφώσει το εργαστήριό του στο πανεπιστήμιο του John Hopkins και δοκιμάζει νέα κράματα. Προσπαθεί να δημιουργήσει αυτό το μεταλλικό γυαλί, το οποίο θα παραμένει συμπαγές και θα κρυσταλλώνεται σε υψηλές θερμοκρασίες. Το υλικό αυτό θα είναι χρήσιμο σε οτιδήποτε έχει σχέση με τις μηχανές και τα εξαρτήματά τους, ακόμα και σε στρατιωτικές εφαρμογές, όπως η κατασκευή πυραύλων, βλημάτων κ.λπ. Ο Hufnagel πιστεύει ότι, αντίθετα με τα συνηθισμένα βλήματα των οποίων το μέταλλο κρυσταλλώνεται και παίρνει ένα μανιταροειδές σχήμα όταν συγκρούεται με το έδαφος, οι πλευρές μίας κεφαλής κατασκευασμένης από μεταλλικό γυαλί θα χτυπήσουν με τέτοιο τρόπο και θα πάρουν τέτοιο σχήμα, ώστε η διάτρηση του εδάφους που θα προκληθεί να είναι η μεγαλύτερη δυνατή. Σύμφωνα με τους ερευνητές, γυαλί είναι κάθε υλικό που μπορεί να ψύχεται από υγρή σε συμπαγή μορφή, χωρίς να κρυσταλλώνεται. Τα περισσότερα μέταλλα κρυσταλλώνονται καθώς ψύχονται, κατανέμοντας κανονικά τα άτομα από τα οποία αποτελούνται σε ένα ειδικό χώρο που λέγεται κρυσταλλικό πλέγμα. Εάν, όμως, δεν πραγματοποιηθεί κρυστάλλωση και τα άτομα δεν κατανεμηθούν κανονικά στο πλέγμα αλλά με τυχαία μορφή, το τελικό αποτέλεσμα είναι η δημιουργία ενός μεταλλικού γυαλιού.

   Τα παράθυρα διατηρούν την ίδια τυχαία κατανομή των ατόμων τους, παρόλο που δεν είναι μεταλλικά γυαλιά. Μία σύγκριση των παραθύρων με τα μεταλλικά γυαλιά θα δείξει πως τα τελευταία δεν είναι διαυγή και οι ασυνήθιστη δομή των ατόμων τους, τους δίνει χαρακτηριστικές μηχανικές και μαγνητικές ιδιότητες. Επίσης, τα μεταλλικά γυαλιά, αντίθετα από τα γυαλιά των παραθύρων, δεν είναι εύθραυστα. Πολλά παραδοσιακά μέταλλα είναι εύκολο να πάρουν μία άλλη μορφή, σε σύγκριση με την ήδη υπάρχουσα. Για παράδειγμα, μπορούν να λυγίσουν για πάντα, γιατί το κρυσταλλικό πλέγμα τους είναι διάτρητο, έχοντας ελαττώματα και ελλείψεις. Αντίθετα, ένα μεταλλικό γυαλί θα επανακτήσει γρήγορα την αρχική μορφή του. Ο Hufnagel, ο οποίος εκτός από ερευνητής είναι και καθηγητής υλικών και μηχανικής, παρατηρεί: "Εάν μπορούσαμε να κατατάξουμε τα υλικά με βάση την ελαστικότητά τους, τα μεταλλικά γυαλιά θα έσπαγαν όλα τα ρεκόρ. Είναι μακράν καλύτερα από οποιοδήποτε άλλο μέταλλο στον κόσμο αυτή τη στιγμή".

   Η δουλειά του ερευνητή Hufnagel μπορεί να συγκριθεί με αυτή των προκατόχων του. Ακολουθεί ακριβώς τα ίδια βήματα, δηλαδή αναμειγνύει συστατικά, με σκοπό την παραγωγή ενός χρήσιμου υλικού. "Η μεταλλουργία έχει μία μεγάλη παράδοση. Είναι η σκοτεινή τέχνη", λεει ο Hufnagel και συνεχίζει: "Για πολλά χρόνια οι ερευνητές έκαναν πράγματα που ήξεραν ότι θα λειτουργούσαν, χωρίς να καταλάβουν το γιατί. Η πραγματική συνεισφορά της μεταλλουργίας βρίσκεται στην κατανόηση της λειτουργίας διάφορων πραγμάτων και στη βελτίωσή τους… Ένα μέρος της δουλειάς μας μπορούμε να πούμε ότι μοιάζει με την αλχημεία. Ανακατεύοντας, δηλαδή, διάφορα στοιχεία και κάνοντας συνδυασμούς, βλέπουμε πόσο καλά μπορεί να μεταμορφωθεί ένα γυαλί. Ένα άλλο μέρος, όμως, αποτελεί επιστήμη και μέσω αυτού προσπαθούμε να καταλάβομε πως λειτουργεί η κρυσταλλοποίηση. Αν το μάθουμε, θα μπορέσουμε -ενδεχομένως- να κατασκευάσουμε κάποιο κράμα για να την αποφύγουμε. Υπάρχουν, όμως, ακόμα αρκετές έρευνες που πρέπει να πραγματοποιηθούν σε αυτόν τον τομέα".

   O Hufnagel παρατηρεί επίσης: "Τα μεταλλικά γυαλιά, τα οποία είναι κατασκευασμένα από σίδηρο, είναι υλικά που έχουν μαγνητικές ιδιότητες. Ακριβώς όπως τα παράθυρα και τα πλαστικά, έτσι και τα μεταλλικά γυαλιά μαλακώνουν καθώς θερμαίνονται, κάνοντας πιο εύκολη τη διαμόρφωση του τελικού σχήματός τους. Τέτοιες ιδιότητες μπορούν να μας φανούν πολύ χρήσιμες. Η επίτευξη ενός υλικού που θα έχει λεπτή αλλά ισχυρή μορφή δεν είναι εύκολη, γιατί τα περισσότερα μέταλλα βιάζονται να κρυσταλλοποιηθούν καθώς ψύχονται. Για τη δημιουργία ενός γυαλιού, το μέταλλο πρέπει να σκληρύνει, προτού δοθεί η ευκαιρία στο κρυσταλλικό πλέγμα να πάρει μια συγκεκριμένη μορφή. Για την παραγωγή ενός γυαλιού από καθαρό μέταλλο, όπως ο χαλκός και το νικέλιο, η ψύξη θα έπρεπε να γίνει στους 1 τρισεκατομμύριο βαθμούς Κελσίου ανά δευτερόλεπτο, πράγμα πρακτικώς αδύνατο".

   Παρ' όλα αυτά, γύρω στο 1950 οι μεταλλουργοί είχαν μάθει πώς να καθυστερούν την κρυσταλλοποίηση, ανακατεύοντας συγκεκριμένα μέταλλα, όπως το νικέλιο και το ζιρκόνιο. Όταν τέτοια λεπτά στρώματα διάφορων κραμάτων ψύχονται στους 1 εκατομμύριο βαθμούς Κελσίου ανά δευτερόλεπτο, σχηματίζουν ένα μεταλλικό γυαλί. Εξαιτίας όμως της γρήγορης αυτής ψύξης που απαιτείται, το υλικό αυτό μπορεί να σχηματιστεί μόνο με τη μορφή μίας λεπτής ταινίας, ενός καλωδίου ή σκόνης. Οι ερευνητές, όμως, έχουν κατασκευάσει πολύ πρόσφατα περίπου μία ντουζίνα μεταλλικά γυαλιά σε συμπαγή μορφή, αναμειγνύοντας τέσσερα με πέντε στοιχεία, τα οποία αποτελούνται από άτομα με διαφορετικές διαστάσεις. Αυτό ακριβώς κάνει το τελικό μείγμα πιο ισχυρό. Το υλικό αυτό χρησιμοποιείται σήμερα στη βιομηχανία για την κατασκευή ισχυρών κεφαλών για μπαστούνια του γκόλφ.

Περιεχόμενα