Команда исследователей из Йокогамского национального университета недавно опубликовала революционное исследование в журнале Communications Physics. Впервые были раскрыты субатомные свойства титана, которые влияют на его уникальные физические характеристики. Это открытие не только предложило новые подходы к разработке титановых сплавов, но и внесло значительный вклад в область материаловедения.
Оглавление
Свойства и вызовы титана
Титан, обладая исключительной коррозионной стойкостью, лёгкостью и высоким отношением прочности к весу, стал важным материалом в аэрокосмической промышленности, точном производстве и медицине. Особенно его биосовместимость сделала его популярным для использования в имплантатах, протезах и искусственных костях. Однако электронное поведение титана и его связь с физическими свойствами долгое время оставались не до конца изученными, представляя собой серьёзный вызов в материаловедении.
Генерация высоких гармоник: преодоление традиционных методов
Исследовательская группа применила метод генерации высоких гармоник (HHG), чтобы преодолеть ограничения традиционных методов. Генерация высоких гармоник происходит, когда мощные инфракрасные лазерные импульсы воздействуют на поверхность материала, вызывая излучение электронов на частотах, значительно превышающих частоту лазера.
Профессор Икуфуми Катаяма (Ikufumi Katayama) из инженерного факультета Йокогамского национального университета пояснил: «Когда мощные инфракрасные импульсы воздействуют на материал, поведение электронов преобразуется в сигналы высокочастотного света, что позволяет анализировать их движение и связи.»
Металлы, включая титан, обычно сложно использовать для генерации высоких гармоник, так как свободные электроны в металлах взаимодействуют с лазерным полем, создавая эффект экранирования. Это усложняет сбор данных. Профессор Катаяма уточняет: «Мы тщательно настроили параметры лазера, чтобы уменьшить эффект экранирования, и впервые смогли чётко наблюдать электронную структуру титана.»
Электронное поведение и физические свойства титана
С помощью компьютерного моделирования и экспериментов исследовательская группа раскрыла, как электронное поведение титана влияет на его физические свойства. Было установлено, что уникальные свойства титана определяются его одноосной структурой и движением электронов в энергетических зонах (energy bands), что влияет на его механические свойства. Прочность и пластичность титана изменяются в зависимости от направления нагрузки, что напрямую связано с движением электронов и их связями в различных направлениях.
В частности, направление лазерного излучения и расположение атомов титана влияют на перемещение и соединение электронов. Исследование показало, что переходы электронов между различными энергетическими зонами изменяют прочность связей в титане, что, в свою очередь, влияет на его пластичность и гибкость. «Это помогает нам понять, почему механические свойства титана меняются в зависимости от условий.» — отметил профессор Катаяма.
Применение и перспективы
Доктор Тецуя Мацунага (Tetsuya Matsunaga) из Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) подчеркнул, что это исследование открывает путь к созданию более прочных и эффективных титановых сплавов. Новый подход позволяет точно определить взаимосвязь между внутренней структурой титана и его свойствами, что поможет создать более конкурентоспособные материалы для применения в авиации, медицине и производстве.
С развитием этой работы учёные смогут ещё больше оптимизировать свойства титана и исследовать его потенциал в таких инновационных областях, как энергоэффективные устройства и материалы для инфраструктуры будущего. Исследование титана открывает новую главу в материаловедении, способствуя технологическому прогрессу человечества.
Ссылки на источники:
- Scientists Crack the Code of Titanium’s Strength and Flexibility
- Ikufumi Katayama, Kento Uchida, Kimika Takashina, Akari Kishioka, Misa Kaiho, Satoshi Kusaba, Ryo Tamaki, Ken-ichi Shudo, Masahiro Kitajima, Thien Duc Ngo, Tadaaki Nagao, Jun Takeda, Koichiro Tanaka, Tetsuya Matsunaga. (2024) Three-dimensional bonding anisotropy of bulk hexagonal metal titanium demonstrated by high harmonic generation, Communications Physics, 7, 1-7.
- Ученые разгадали тайну прочности и вязкости титана
(Источник первой картинки: Википедия)
Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.
Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.
Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.
Тел: 07 223 1058
Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~
Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup
Вас также может заинтересовать…
