Что такое аморфные материалы?

Все вещества имеют особую атомную структуру. Но у материалов есть так называемое аморфное состояние. Каким комплексом свойств обладают такие материалы, как их получают и для чего они могут быть полезны? Рассказываем в карточках.

Homo Science

Когда материал является аморфным?

Возьмем твердое вещество, например, металл. Он обладает кристаллической решеткой, то есть его атомы стоят в четко отведенных местах. У атомов же аморфных веществ такого порядка нет, они расположены хаотично. В общем, сплошной разброд и шатание.

А происходит такое, если взять жидкое состояние нужного нам вещества и зафиксировать его хаотичную структуру в моменте. Получившееся вещество и будет аморфным.

А как они сохраняют целостность без кристаллической структуры?

Дело в том, что между атомами вещества все равно присутствуют связи. Они могут быть сильнее или слабее в зависимости от типа структуры, но в любом случае достаточными, чтобы атомы оставались друг с другом в соприкосновении и взаимодействии и не разбрелись по округе.

Возьмем, например, любой твердый металл. Если довести слиток до плавления, затем не спеша его охладить, то атомы в нем успеют занять отведенные им места, то есть вернуть кристаллическую структуру вещества. Но для того, чтобы металл сделать аморфным, расправленный слиток нужно мгновенно охладить, то есть не дать атомам занять отведенные им места, тем самым сформировав четкую структуру.

Любой ли материал может стать аморфным?

Теоретически да, но на практике же мы неизбежно столкнемся с техническими ограничениями. Ведь надо сначала сделать твердое жидким (но не перегреть, иначе испарится), а затем охладить так быстро, чтоб не успела произойти кристаллизация. С металлами такое проделывать удобнее всего, да и пригождаются они чаще.

Так в чем их польза?

Тут список достаточно большой. Начнем с того, что они обладают уникальными механическими свойствами. Они очень упругие, то есть могут вернуться к исходному геометрическому состоянию после запредельных деформаций. Сгибай их, крути, растягивай, завязывай в узел — аморфным материалам все нипочем! Как капроновый чулок: тянется и не рвется. Только в тысячи раз лучше.

Еще они очень прочные. А поскольку у них нет четко выстроенной структуры атомов, то нет и способности проводить электричество. В электротехнических устройствах незаменимое свойство!

А где и для чего их используют?

Вот тут неожиданно: одно из первых применений выпало на спортивный инвентарь. А если точнее, из аморфных металлов делают клюшки для гольфа. Благодаря своей упругости клюшка при ударе не деформируется вообще, и абсолютно вся энергия передается мячу, без потерь. Мячик летит дальше — спортсмен счастлив.

Крышки некоторых смартфонов сделаны из аморфного пластика: он очень прочный, такой не разобьешь и не поцарапаешь. Профессиональные удочки тоже, на такой хоть кашалота тащи — не сломается! Очень перспективным направлением стали медицинские имплантаты. Штифты, спицы и искусственные суставы из аморфных металлов легче, но крепче изделий из титана или его сплавов. А в организме служат дольше, ведь почти не подвержены износу.

А еще из аморфных материалов получается припой, с помощью которого можно натурально соединить несоединяемое! Например, сталь и вольфрам. Клей на основе такого припоя заполняет даже самые глубокие зазоры и трещины между материалами. И держит крепко — прям суперклей, только сильнее.

Комментарии 0
Авторизуйтесь , чтобы оставить комментарий

Стань частью сообщества Homo Science!

Зарегистрируйся чтобы получить 350 приветственных
баллов и открыть полный доступ к курсам,
тренажерам и конкурсам.