В чем сущность кристаллического строения металлов


Кристаллическое строение металлов. Кристаллическая решетка металлов

Одним из самых распространенных материалов, с которым всегда предпочитали работать люди, был металл. В каждую эпоху предпочтение отдавалось разным видам этих удивительных веществ. Так, IV-III тысячелетия до нашей эры считаются веком хальколита, или медным. Позже его сменяет бронзовый, а затем в силу вступает тот, что и по сей день является актуальным - железный.

Сегодня вообще сложно представить, что когда-то можно было обходиться без металлических изделий, ведь практически все, начиная от предметов быта, медицинских инструментов и заканчивая тяжелой и легкой техникой, состоит из этого материала или включает в свой состав отдельные части из него. Почему же металлы сумели завоевать такую популярность? В чем проявляются особенности и как это заложено в их строении, попробуем разобраться далее.

Общее понятие о металлах

"Химия. 9 класс" - это учебник, по которому проходят обучение школьники. Именно в нем подробно изучаются металлы. Рассмотрению их физических и химических свойств отведена большая глава, ведь разнообразие их чрезвычайно велико.

Именно с этого возраста рекомендуют давать детям представление о данных атомах и их свойствах, ведь подростки уже вполне могут оценить значение подобных знаний. Они прекрасно видят, что окружающее их разнообразие предметов, машин и прочих вещей имеет в своей основе как раз металлическую природу.

Что же такое металл? С точки зрения химии, к данным атомам принято относить те, что имеют:

  • малое число электронов на внешнем уровне;
  • проявляют сильные восстановительные свойства;
  • имеют большой атомный радиус;
  • как простые вещества обладают рядом специфических физических свойств.

Основу знаний об этих веществах можно получить, если рассмотреть атомно-кристаллическое строение металлов. Именно оно объясняет все особенности и свойства данных соединений.

В периодической системе для металлов отводится большая часть всей таблицы, ведь они образуют все побочные подгруппы и главные с первой по третью группу. Поэтому их численное превосходство очевидно. Самыми распространенными являются:

  • кальций;
  • натрий;
  • титан;
  • железо;
  • магний;
  • алюминий;
  • калий.

Все металлы имеют ряд свойств, которые позволяют объединять их в одну большую группу веществ. В свою очередь, эти свойства объясняет именно кристаллическое строение металлов.

Свойства металлов

К специфическим свойствам рассматриваемых веществ относят следующие.

  1. Металлический блеск. Все представители простых веществ им обладают, причем большинство одинаковым серебристо-белым цветом. Лишь некоторые (золото, медь, сплавы) отличаются.
  2. Ковкость и пластичность - способность деформироваться и восстанавливаться достаточно легко. У разных представителей выражена в неодинаковой мере.
  3. Электропроводность и теплопроводность - одно из основных свойств, которое определяет области применения металла и его сплавов.

Кристаллическое строение металлов и сплавов объясняет причину каждого из обозначенных свойств и говорит о выраженности их у каждого конкретного представителя. Если знать особенности такого строения, то можно влиять на свойства образца и подстраивать его под нужные параметры, что и делают люди уже многие десятилетия.

Атомно-кристаллическое строение металлов

В чем же заключается такое строение, чем характеризуется? Само название говорит о том, что все металлы представляют собой кристаллы в твердом состоянии, то есть при обычных условиях (кроме ртути, которая является жидкостью). А что такое кристалл?

Это условное графическое изображение, построенное путем пересечения воображаемых линий через атомы, которые выстраивают тело. Другими словами, каждый металл состоит из атомов. Они располагаются в нем не хаотично, а очень правильно и последовательно. Так вот, если мысленно соединить все эти частицы в одну структуру, то получится красивое изображение в виде правильного геометрического тела какой-либо формы.

Это и принято называть кристаллической решеткой металла. Она очень сложная и пространственно объемная, поэтому для упрощения показывают не всю ее, а лишь часть, элементарную ячейку. Совокупность таких ячеек, собранная вместе и отраженная в трехмерном пространстве, и образует кристаллические решетки. Химия, физика и металловедение - это науки, которые занимаются изучением особенностей строения таких структур.

Сама элементарная ячейка - это набор атомов, которые располагаются на определенном расстоянии друг от друга и координируют вокруг себя строго фиксированное число других частиц. Она характеризуется плотностью упаковки, расстоянием между составными структурами, координационным числом. В целом все эти параметры являются характеристикой и всего кристалла, а значит, отражают и проявляемые металлом свойства.

Существует несколько разновидностей кристаллических решеток. Объединяет их все одна особенность - в узлах находятся атомы, а внутри располагается облако электронного газа, которое формируется путем свободного передвижения электронов внутри кристалла.

Типы кристаллических решеток

Четырнадцать вариантов строения решетки принято объединять в три основных типа. Они следующие:

  1. Объемно-центрированная кубическая.
  2. Гексагональная плотноупакованная.
  3. Гранецентрированная кубическая.

Кристаллическое строение металлов было изучено только благодаря электронной микроскопии, когда стало возможным получать большие увеличения изображений. А классификацию типов решеток впервые привел французский ученый Браве, по фамилии которого их иногда называют.

Объемно-центрированная решетка

Строение кристаллической решетки металлов данного типа представляет собой следующую структуру. Это куб, в узлах которого находится восемь атомов. Еще один располагается в центре свободного внутреннего пространства ячейки, что и объясняет название "объемно-центрированная".

Это один из вариантов наиболее простого строения элементарной ячейки, а значит, и всей решетки в целом. Такой тип имеют следующие металлы:

  • молибден;
  • ванадий;
  • хром;
  • марганец;
  • альфа-железо;
  • бетта-железо и другие.

Основные свойства таких представителей - высокая степень ковкости и пластичности, твердость и прочность.

Гранецентрированная решетка

Кристаллическое строение металлов, имеющих гранецентрированную кубическую решетку, представляет собой следующую структуру. Это куб, который включает в свой состав четырнадцать атомов. Восемь из них формируют узлы решетки, а еще шесть расположены по одному на каждой грани.

Подобную структуру имеют:

  • алюминий;
  • никель;
  • свинец;
  • гамма-железо;
  • медь.

Основные отличительные свойства - блеск разного цвета, легкость, прочность, ковкость, повышенная устойчивость к коррозии.

Гексагональная решетка

Кристаллическое строение металлов, обладающих данным типом решетки, следующее. В основе элементарной ячейки лежит шестигранная призма. В ее узлах располагается 12 атомов, еще два по основаниям и три атома свободно лежат внутри пространства в центре структуры. Всего семнадцать атомов.

Подобную сложную конфигурацию имеют такие металлы, как:

  • альфа-титан;
  • магний;
  • альфа-кобальт;
  • цинк.

Основные свойства - высокая степень прочности, сильный серебристый блеск.

Дефекты кристаллического строения металлов

Однако все рассмотренные типы ячеек могут иметь и естественные недостатки, или так называемые дефекты. Это может быть связано с разными причинами: посторонними атомами и примесями в металлах, внешними воздействиями и прочим.

Поэтому существует классификация, отражающая дефекты, которые могут иметь кристаллические решетки. Химия как наука изучает каждый из них с целью выявления причины и способа устранения, чтобы свойства материала не были изменены. Итак, дефекты следующие.

  1. Точечные. Они бывают трех основных видов: вакансии, примеси или дислоцированные атомы. Приводят к ухудшению магнитных свойств металла, электро- и теплопроводности его.
  2. Линейные, или дислокационные. Выделяют краевые и винтовые. Ухудшают прочность и качество материала.
  3. Поверхностные дефекты. Влияют на внешний вид и структуру металлов.

В настоящее время разработаны методики устранения дефектов и получения чистых кристаллов. Однако совсем искоренить их не удается, идеальной кристаллической решетки не существует.

Значение знаний о кристаллическом строении металлов

Из вышеизложенного материала очевидно, что знания о тонкой структуре и строении позволяют спрогнозировать свойства материала и повлиять на них. И это позволяет делать наука химия. 9 класс общеобразовательной школы делает в процессе обучения упор на то, чтобы сформировать у учащихся четкое понятие о важном значении основополагающей логической цепочки: состав - строение - свойства - применение.

Сведения о кристаллическом строении металлов очень четко иллюстрирует эту зависимость и позволяет учителю наглядно объяснить и показать детям, насколько важно знать тонкую структуру, чтобы правильно и грамотно использовать все свойства.

Первичные металлические кристаллические структуры

Первичные металлические кристаллические структуры
(BCC, FCC, HCP)

Как указывалось на предыдущей странице, в природе существует 14 различных типов структур кристаллических элементарных ячеек или решеток. Однако большинство металлов и многие другие твердые тела имеют структуры элементарных ячеек, описываемые как кубический центр тела (ОЦК), гранецентрированный кубический (ГЦК) или гексагональный плотноупакованный (ГПУ). Поскольку эти конструкции наиболее распространены, о них будет рассказано более подробно.

Объемно-центрированная кубическая (ОЦК) структура
Объемно-центрированная кубическая элементарная ячейка имеет атомы в каждом из восьми углов куба (как и кубическая элементарная ячейка) плюс один атом в центре куба (левое изображение ниже). Каждый из угловых атомов является углом другого куба, поэтому угловые атомы разделяются между восемью элементарными ячейками. Считается, что она имеет координационное число 8. Элементарная ОЦК-ячейка состоит всего из двух атомов; один в центре и восемь восьмых от углов атомов, как показано на среднем изображении ниже (среднее изображение ниже).На изображении ниже выделена элементарная ячейка в большей части решетки.

Расположение ОЦК не позволяет атомам упаковываться вместе так же тесно, как расположение ГЦК или ГПУ. ОЦК-структура часто представляет собой высокотемпературную форму металлов, которые плотно упакованы при более низких температурах. Объем атомов в ячейке от общего объема ячейки называется коэффициентом упаковки . Элементарная ячейка с ОЦК имеет коэффициент упаковки 0,68.

Некоторые из материалов со структурой ОЦК включают литий, натрий, калий, хром, барий, ванадий, альфа-железо и вольфрам.Металлы с ОЦК-структурой обычно тверже и менее пластичны, чем плотноупакованные металлы, такие как золото. При деформации металла плоскости атомов должны скользить друг по другу, а это сложнее в ОЦК-структуре. Следует отметить, что существуют другие важные механизмы упрочнения материалов, такие как появление примесей или дефектов, затрудняющих скольжение. Эти механизмы упрочнения будут рассмотрены позже.

Гранецентрированная кубическая структура (FCC)
Гранецентрированная кубическая структура имеет атомы, расположенные в каждом из углов и в центре всех кубических граней (левое изображение ниже).Каждый из угловых атомов является углом другого куба, поэтому угловые атомы разделяются между восемью элементарными ячейками. Кроме того, каждый из его шести атомов с центрированной гранью является общим с соседним атомом. Поскольку 12 его атомов являются общими, считается, что оно имеет координационное число 12. Элементарная ячейка с ГЦК состоит всего из четырех атомов; восемь восьмых от угловых атомов и шесть половинок лицевых атомов, как показано на среднем изображении выше. На изображении ниже выделена элементарная ячейка в большей части решетки.



В структуре ГЦК (и структуре ГПУ) атомы могут упаковываться ближе друг к другу, чем в структуре ОЦК. Атомы из одного слоя гнездятся в пустом пространстве между атомами соседнего слоя. Чтобы изобразить упаковку, представьте коробку, заполненную слоем шариков, выровненных по столбцам и рядам. Когда несколько дополнительных шаров брошены в коробку, они не будут балансировать непосредственно поверх шаров в первом слое, а вместо этого остановятся в лунке, созданной между четырьмя шарами нижнего слоя.По мере добавления шаров они будут складываться вместе, чтобы заполнить все карманы. Фактор упаковки (объем атомов в ячейке от общего объема ячейки) составляет 0,74 для ГЦК кристаллов. Некоторые из металлов, имеющих структуру ГЦК, включают алюминий, медь, золото, иридий, свинец, никель, платину и серебро.

Гексагональная плотноупакованная структура (HCP)
Другой распространенной плотноупакованной структурой является шестиугольная плотноупакованная структура. Гексагональная структура чередующихся слоев смещена так, что ее атомы выровнены по зазорам предыдущего слоя.Атомы из одного слоя гнездятся в пустом пространстве между атомами соседнего слоя, как и в ГЦК-структуре. Однако вместо кубической структуры узор имеет шестиугольную форму. (См. Изображение ниже.) Разница между структурами HCP и FCC обсуждается позже в этом разделе.

ГПУ-структура состоит из трех слоев атомов. В каждом верхнем и нижнем слое есть шесть атомов, которые образуют форму шестиугольника, и седьмой атом, который находится в середине шестиугольника.В среднем слое расположены три атома, расположенные в треугольных «канавках» верхней и нижней плоскости. Обратите внимание, что существует шесть таких «канавок», окружающих каждый атом в гексагональной плоскости, но только три из них могут быть заполнены атомами.

Как показано на среднем изображении выше, в элементарной ячейке ГПУ шесть атомов. Каждый из 12 атомов в углах верхнего и нижнего слоев вносит 1/6 атома в элементарную ячейку, два атома в центре шестиугольника верхнего и нижнего слоев каждый вносят ½ атома и каждый из трех атомов в средний слой вносят 1 атом.Изображение справа выше пытается показать несколько элементарных ячеек ГПУ в большей решетке.

Координационное число атомов в этой структуре равно 12. В одном и том же плотноупакованном слое есть шесть ближайших соседей, три в слое выше и три в слое ниже. Фактор упаковки составляет 0,74, что соответствует элементарной ячейке с ГЦК-ячейкой. Структура ГПУ очень характерна для элементарных металлов, и некоторые примеры включают бериллий, кадмий, магний, титан, цинк и цирконий.

.

кристалл | Определение, типы, структура и факты

Классификация

Определение твердого тела кажется очевидным; твердое тело обычно считается твердым и твердым. Однако при рассмотрении определение становится менее однозначным. К примеру, кубик масла становится твердым после хранения в холодильнике и явно твердый. После того, как он оставался на кухонном столе в течение дня, тот же кубик становится довольно мягким, и неясно, следует ли считать масло твердым.Многие кристаллы ведут себя как масло в том смысле, что они твердые при низких температурах и мягкие при более высоких. Их называют твердыми веществами при всех температурах ниже их точки плавления. Возможное определение твердого тела - это объект, который сохраняет свою форму, если его не трогать. Актуальный вопрос заключается в том, как долго объект сохраняет свою форму. Высоковязкая жидкость сохраняет форму час, но не год. Твердое тело должно дольше сохранять свою форму.

Основные единицы твердых тел

Основные единицы твердых тел - это атомы или атомы, которые объединились в молекулы.Электроны атома движутся по орбитам, которые образуют оболочку вокруг ядра. Оболочки заполняются в систематическом порядке, при этом каждая оболочка вмещает только небольшое количество электронов. У разных атомов разное количество электронов, которые распределены в характерной электронной структуре заполненных и частично заполненных оболочек. Расположение электронов в атоме определяет его химические свойства. Свойства твердых тел обычно можно предсказать на основе свойств составляющих их атомов и молекул, и поэтому различные структуры оболочки атомов ответственны за разнообразие твердых тел.

Все занятые оболочки атома аргона (Ar), например, заполнены, в результате чего атом имеет сферическую форму. В твердом аргоне атомы расположены в соответствии с плотнейшей упаковкой этих сфер. Атом железа (Fe), напротив, имеет одну электронную оболочку, которая заполнена только частично, что придает атому чистый магнитный момент. Таким образом, кристаллическое железо - это магнит. Ковалентная связь между двумя атомами углерода (C) - самая прочная связь в природе. Эта прочная связь делает алмаз самым твердым.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Твердое тело является кристаллическим, если оно имеет дальний порядок. Как только положение атома и его соседей известно в одной точке, положение каждого атома известно точно во всем кристалле. В большинстве жидкостей отсутствует дальний порядок, хотя во многих есть ближний порядок. Ближний радиус действия определяется как первые или вторые ближайшие соседи атома. Во многих жидкостях атомы первых соседей расположены в той же структуре, что и в соответствующей твердой фазе.Однако на расстояниях, удаленных на много атомов, положения атомов становятся некоррелированными. Эти жидкости, такие как вода, имеют ближний порядок, но не имеют дальнего порядка. Некоторые жидкости могут иметь ближний порядок в одном направлении и дальний порядок в другом направлении; эти особые вещества называются жидкими кристаллами. Твердые кристаллы имеют как ближний, так и дальний порядок.

Твердые тела, которые имеют ближний порядок, но не имеют дальнего порядка, называются аморфными. Практически любой материал можно сделать аморфным путем быстрого затвердевания из расплава (расплавленное состояние).Это состояние нестабильно, и твердое вещество со временем кристаллизуется. Если шкала времени для кристаллизации составляет годы, то аморфное состояние кажется стабильным. Стекла - это пример аморфного твердого тела. В кристаллическом кремнии (Si) каждый атом тетраэдрически связан с четырьмя соседями. В аморфном кремнии (a-Si) такой же ближний порядок существует, но направления связей меняются на расстояниях дальше от любого атома. Аморфный кремний - это разновидность стекла. Квазикристаллы - это еще один тип твердых тел, в которых отсутствует дальний порядок.

Большинство твердых материалов, встречающихся в природе, существуют в поликристаллической форме, а не в виде монокристалла. На самом деле они состоят из миллионов зерен (мелких кристаллов), упакованных вместе, чтобы заполнить все пространство. Каждое отдельное зерно имеет другую ориентацию, чем его соседи. Хотя дальний порядок существует внутри одного зерна, на границе между зернами он меняет направление. Типичный кусок железа или меди (Cu) поликристаллический. Монокристаллы металлов мягкие и податливые, а поликристаллические металлы тверже и прочнее и более полезны в промышленности.Большинство поликристаллических материалов можно превратить в крупные монокристаллы после длительной термообработки. В прошлом кузнецы нагревали кусок металла, чтобы сделать его пластичным: тепло заставляет несколько крупинок увеличиваться в размерах за счет включения более мелких. Кузнецы сгибали размягченный металл, придавая ему форму, а затем некоторое время толкали его; удары сделают его снова поликристаллическим, увеличивая его прочность.

Категории кристаллов

Кристаллы классифицируются по общим категориям, таким как изоляторы, металлы, полупроводники и молекулярные твердые тела.Монокристалл изолятора обычно прозрачен и напоминает кусок стекла. Металлы блестят, если они не заржавели. Полупроводники иногда блестят, а иногда прозрачны, но никогда не ржавеют. Многие кристаллы можно отнести к одному типу твердых тел, тогда как другие имеют промежуточное поведение. Сульфид кадмия (CdS) может быть получен в чистом виде и является отличным изолятором; когда в сульфид кадмия добавляются примеси, он становится интересным полупроводником. Висмут (Bi) кажется металлом, но количество электронов, доступных для электропроводности, такое же, как и в полупроводниках.На самом деле висмут называют полуметаллом. Молекулярные твердые вещества обычно представляют собой кристаллы, образованные из молекул или полимеров. Они могут быть изолирующими, полупроводниковыми или металлическими, в зависимости от типа молекул в кристалле. Постоянно синтезируются новые молекулы, и многие из них превращаются в кристаллы. Количество разных кристаллов огромно.

.

Кристаллическая структура металлов может изменяться при линейных дефектах, что должно влиять на свойства материалов

Структурные изменения в стали: ученые из Max-Planck-Institut für Eisenforschung используют изображения просвечивающего электронного микроскопа (серый), чтобы сделать видимыми линейные дефекты в сплаве железа (Fe) и марганца (Mn). Атомно-зондовая томография показывает распределение атомов железа (синий) и марганца (зеленый). Они поместили на изображение зеленые изоповерхности, где концентрация атомов марганца равна 12.5 процентов. На наложенных изображениях исследователи могут видеть, что атомы марганца накапливаются вдоль линейных дефектов; кристаллическая структура, которая образуется там, отличается от окружающего материала. Фото: М. Кузьмина / MPI für Eisenforschung Сталь

существует уже около 3000 лет, и сегодня она представлена ​​в нескольких тысячах вариаций, но всегда хороша для сюрпризов. Ученые из Max-Planck-Institut für Eisenforschung в Дюссельдорфе сделали открытие в области марганцевой стали, которая, как считается, влияет на свойства материала во благо и во вред.Они обнаружили, что сплав образует кристаллическую структуру на линейных дефектах, отличную от типичной для материала. Отдельные кристаллические зерна, из которых состоит любой металл, можно рассматривать как стопку отдельных атомных слоев. Линейные дефекты, точнее краевые дислокации, возникают, когда слой остается незавершенным, так что слои выше и ниже него должны сделать ступеньку. Поскольку длина линейных дефектов в кубическом метре стали может составлять в сумме один световой год, это открытие должно иметь большое практическое значение, поскольку структура стали зависит, среди прочего, от того, насколько она ковкая, жесткая и пластичная. - свойства, которые материаловеды хотят постоянно оптимизировать.

Вывихи могут спасти жизни. Это связано с тем, что одномерные дефекты в металле играют важную роль при деформации материала: например, когда панель кузова автомобиля сминается в результате аварии, таким образом поглощая большую часть энергии удара и, надеюсь, защищая пассажиров. от травмы. В этом случае дислокации действуют как нано-шарниры, по которым изгибается металл.Тот факт, что кристаллическая структура отличается от структуры непосредственно вокруг линейного дефекта, поэтому также должен влиять на то, как деформируется металл. В худшем случае он скорее рвется, чем деформируется. «Мы еще не знаем, какое влияние на его свойства оказывают пространственно ограниченные химические и структурные состояния в материале», - говорит Дирк Раабе, директор Института Макса Планка и руководитель исследования, в котором сторонники девиации микроструктура только что обнаружилась.

«Мы случайно попали в штаты», - говорит Дирк Раабе.Он и его команда исследовали микро- и наноструктуру особо жесткой и пластичной марганцевой стали, которая упрочняется с помощью наночастиц и используется, например, в шасси больших самолетов. Они проанализировали этот материал с помощью атомно-зондовой томографии. В ходе анализа образец испаряется атом за атомом короткими импульсами электрического напряжения. По времени пролета до детектора можно определить, к какому элементу принадлежит испарившийся оторванный атом; его положение в образце можно определить по тому месту, где атом падает на детектор.

Исследователи обнаружили цепочки богатых марганцем наночастиц в стали.
«Мы заметили, что концентрация марганца увеличивалась по определенным направлениям после того, как мы нагрели материал», - объясняет Дирк Понге, внесший важный вклад в исследование. Тонкие трубки, в которых собирается марганец, имеют ширину всего два нанометра. Причем происходит это не по всей длине, а скорее в виде цепочки из богатых марганцем наночастиц.

Чтобы разместить большее количество атомов марганца в этих мельчайших областях, кристаллическая структура материала должна измениться.Атомы железа и марганца обычно находятся в углах и центрах кубической элементарной ячейки, самой маленькой структурной единицы. Исследователи называют это объемно-центрированной кубической или мартенситной структурой. Концентрация марганца в цепочке наночастиц соответствует расположению атомов на каждой грани и углу элементарной ячейки, с технической точки зрения, гранецентрированной кубической или аустенитной структуре.

Ранее материаловедам были известны только такие отклонения от обычной кристаллической структуры металла в двумерной форме, т.е.е. от границ отдельных кристаллических зерен, образующих материал. Но почему они обнаружили внутри отдельных кристаллических зерен мартенсита филигранные структуры аустенита? «Когда мы увидели, что марганец накапливается в тонких трубках, у нас возникла идея, что вдоль линейных дефектов могут быть пространственно ограниченные химические и структурные состояния», - говорит Дирк Понге.

Другая кристаллическая структура дефекта помогает экономить энергию
Чтобы быть уверенным, он и его коллеги сначала отсканировали образец железо-марганец в просвечивающем электронном микроскопе, который делает четко видимыми линейные дефекты.Затем они снова нанесли на карту распределение атомов в образце с помощью атомно-зондовой томографии. И на наложенных изображениях обоих методов они действительно обнаружили, как богатые марганцем наночастицы располагаются точно вдоль линейных дефектов.

Тот факт, что атомы располагаются иначе, чем в остающемся кристалле, именно вдоль дислокаций, также подтверждается объяснением наблюдения: «Напряжение особенно велико на дислокациях», - говорит Дирк Понге.«Материал, по-видимому, может уменьшить напряжение и, таким образом, принять более выгодное с энергетической точки зрения состояние, образуя кристаллическую структуру, которая в противном случае была бы энергетически менее благоприятной». Основываясь на этом открытии, исследователи из Дюссельдорфа расширили ключевую формулу, которую материаловеды используют для расчета, какой структуре материал благоприятствует при каких условиях при таких структурных дефектах.

Может ли дамасская сталь ковать себя?
Исследователи сначала должны были мобилизовать атомы с помощью тепла, чтобы атомы могли принять энергетически более выгодную структуру там, непосредственно у дислокации и только там.«Однако это не означает, что пространственно ограниченные химические и структурные состояния образуются только при приложении тепла», - говорит Дирк Раабе. Следовательно, эти состояния, вероятно, могут быть обнаружены не только в цилиндрах двигателя, лопатках турбины или других материалах, которые постоянно подвергаются сильному нагреву. «Маленькие атомы, такие как атомы углерода, гораздо более подвижны, чем атомы марганца», - объясняет Дирк Раабе. «Следовательно, мы должны предположить, что мы обнаружим пространственно ограниченные состояния и в углеродсодержащих стальных панелях кузова автомобиля.«

Теперь исследователи хотят исследовать, какое влияние локальные структурные изменения оказывают на свойства материала. «Наши результаты могут помочь объяснить уже известное поведение металлов - например, тот факт, что металлы становятся хрупкими, когда они корродируют и поглощают водород», - говорит Дирк Раабе.

Однако не всегда плохие новости, когда кристаллическая структура на линейных дефектах выходит за рамки. «Возможно, нам удастся создать эти пространственно ограниченные состояния намеренно, чтобы разработать нанодамасковую сталь, которая сама себя кует», - говорит директор Max Planck.Дамасская сталь получила свое название потому, что попала в Европу через Дамаск. Мастера Востока выковали твердую, но хрупкую, пластичную, но мягкую сталь в композитный материал, твердый, но нелегкий. В будущем можно будет найти простой способ комбинировать эти фактически несовместимые свойства, если можно будет использовать дислокации для создания структуры. Это откроет перед сталелитейной промышленностью совершенно новые возможности по оптимизации материала для специального применения еще более целенаправленно.


Тонкая пленка создает новую химию в «нанореакторе»
Дополнительная информация: «Линейные комплексы: ограниченные химические и структурные состояния на дислокациях», Science , 4 сентября 2015 г. DOI: 10.1126 / science.aab2633 Предоставлено Общество Макса Планка

Ссылка : Кристаллическая структура металлов может изменяться на линейных дефектах, что должно влиять на свойства материалов (2015, 11 сентября) получено 26 октября 2020 с https: // физ.org / новости / 2015-09-кристалл-металлы-линейные-дефекты-аффект.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

.

Введение в неорганическую химию / металлы и сплавы: структура, связь, электронные и магнитные свойства

Из Wikibooks, открытые книги для открытого мира

Перейти к навигации Перейти к поиску
Ищите Введение в неорганическую химию / металлы и сплавы: структура, связь, электронные и магнитные свойства в одном из родственных проектов Wikibooks: Викиучебник не имеет страницы с таким точным названием.

Другие причины, по которым это сообщение может отображаться:

  • Если страница была создана здесь недавно, она может еще не отображаться из-за задержки обновления базы данных; подождите несколько минут и попробуйте функцию очистки.
  • Заголовки в Викиучебниках чувствительны к регистру , кроме первого символа; Пожалуйста, проверьте альтернативные заглавные буквы и подумайте о добавлении перенаправления сюда к правильному заголовку.
  • Если страница была удалена, проверьте журнал удалений и просмотрите политику удаления.
.

Смотрите также