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Aug 27, 2023

La « percée » chinoise permet de fabriquer des alliages avec divers métaux à des températures plus basses

ktsimage/iStock En vous abonnant, vous acceptez nos conditions d'utilisation et nos politiques. Vous pouvez vous désinscrire à tout moment. Chercheurs du Collège de chimie et des sciences moléculaires de l'Université de Wuhan en Chine

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Des chercheurs du Collège de chimie et des sciences moléculaires de l'Université de Wuhan en Chine ont réalisé une « percée » significative dans la science des matériaux, qui permet de fabriquer des alliages à partir d'une large gamme de métaux et à des températures bien plus basses que les méthodes conventionnelles, selon le South China Morning Post. signalé. La percée n’implique rien d’autre que l’ajout de gallium métallique au mélange.

Depuis l’âge du bronze, les alliages ont contribué à l’avancement de notre civilisation. Les applications modernes des alliages impliquent la création et la fabrication d’alliages à haute entropie (HEA) composés de cinq éléments métalliques ou plus.

Les HEA sont très résistants à l’usure et ont trouvé des applications dans des domaines tels que l’aérospatiale, la conversion et le stockage d’énergie et les équipements médicaux. Cependant, la création de HEA est une affaire énergivore nécessitant des températures allant jusqu'à 3 632 Fahrenheit (2 000 degrés Celsius). Cependant, cela ne garantit pas leur formation puisque les atomes métalliques peuvent être hautement incompatibles.

Les méthodes conventionnelles de fabrication des HEA consistent à chauffer les éléments constitutifs à des températures d'environ 3 000 degrés Fahrenheit, puis à les refroidir rapidement avant de les mélanger. Cependant, l’approche ne fonctionne pas à chaque fois puisque les cinq éléments peuvent être en désaccord les uns avec les autres et diviser l’alliage, un peu comme un groupe de cinq personnes aux natures et personnalités différentes.

Une équipe de recherche dirigée par Fu Lei, professeur à l'Université de Wuhan, a découvert que l'ajout de gallium au mélange d'alliages peut réduire les températures de préparation jusqu'à 1 200 degrés Fahrenheit (650 degrés Celsius).

Le gallium a une température de fusion de seulement 85 degrés Fahrenheit (~ 30 degrés Celsius). Cela signifie que le métal fondra simplement s’il est tenu dans la paume de votre main. Cependant, les chercheurs l’ont utilisé comme milieu réactionnel et adhésif dans une préparation d’alliage et ont obtenu des résultats passionnants.

Le monde scientifique connaît le gallium depuis des siècles, et sa capacité à revenir à sa forme originale a même inspiré la science-fiction sur le métal liquide auto-réparateur dans des films comme Terminator. Cependant, la découverte faite par Fu et son équipe était trop belle pour y croire.

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En fait, la découverte a été faite il y a deux ans, mais n'a pas été rendue publique faute d'avoir fait l'objet d'un examen scientifique par les pairs. Même les critiques de revues comme Nature ont trouvé la découverte incroyable et voulaient voir plus de preuves du processus avant d'accepter le manuscrit.

L’équipe a ensuite mené des expériences et des calculs supplémentaires pour faciliter une explication plus rigoureuse du mécanisme sous-jacent. Ils ont également constaté que les alliages fabriqués selon cette approche n’étaient pas différents de ceux fabriqués à l’aide de méthodes conventionnelles.

Les chercheurs expliquent désormais que le chauffage de métaux compatibles avec du gallium entraîne la croissance spontanée de nanoparticules cristallines de HEA. Ils ont également pu synthétiser des alliages contenant une gamme diversifiée de métaux que les approches conventionnelles ne parvenaient pas à fournir.

Ce n’est pas la première fois que des chercheurs chinois sont les premiers à faire progresser la science des matériaux. Récemment, un autre groupe de chercheurs de l’Université Tsinghua a démontré un revêtement métallique liquide qui pourrait un jour être utilisé pour les robots mous.

Les nanoparticules d'alliages à haute entropie (HEA-NP) présentent un grand potentiel en tant que matériaux fonctionnels1,2,3. Cependant, jusqu’à présent, les alliages à haute entropie réalisés ont été limités à des palettes d’éléments similaires, ce qui entrave grandement la conception des matériaux, l’optimisation des propriétés et l’exploration mécanistique pour différentes applications4,5. Ici, nous avons découvert qu'un métal liquide doté d'une enthalpie de mélange négative avec d'autres éléments pourrait fournir une condition thermodynamique stable et agir comme un réservoir de mélange dynamique souhaitable, réalisant ainsi la synthèse de HEA-NP avec une gamme diversifiée d'éléments métalliques dans des conditions de réaction douces. Les éléments impliqués ont une large gamme de rayons atomiques (1,24 à 1,97 Å) et de points de fusion (303 à 3 683 K). Nous avons également réalisé les structures fabriquées avec précision des nanoparticules via le réglage de l'enthalpie de mélange. De plus, le processus de conversion en temps réel (c'est-à-dire du métal liquide aux HEA-NP cristallins) est capturé in situ, ce qui a confirmé un comportement dynamique de fission-fusion au cours du processus d'alliage.