Группа китайских ученых под руководством Цзян Ма из Шэньчжэньского университета совершила прорыв в работе с металлическими стеклами. Эти материалы, обладающие уникальной прочностью и упругостью, имеют один большой недостаток: со временем они «стареют», становясь хрупкими. Традиционно вернуть им пластичность было сложно и энергозатратно. Но исследователи нашли остроумное решение. Они выяснили, что если состаренное металлическое стекло обработать ультразвуком всего полсекунды, то можно не только восстановить, но и улучшить его способность деформироваться, не ломаясь.

Более того, если материал предварительно состарить, а потом подвергнуть ультразвуковой обработке, его пластичность становится даже выше, чем у свежеизготовленного.

Это меняет сам подход к проблеме старения. Раньше его считали необратимым злом, а теперь оно может стать полезным этапом для придания материалу новых свойств. Секрет успеха в том, что ультразвук меняет внутреннюю структуру материала на атомном уровне. Он создает особые зоны, которые ученые условно называют «дефектами противосвободного объема». Это очень плотно упакованные области, которые, как ни парадоксально, облегчают атомам движение, делая материал более податливым.

Подробности опубликованы в издании Materials Futures.

Что это дает

• Долговечность: Компоненты из металлических стекол в механизмах или имплантатах теперь можно будет «омолаживать» быстро и без повреждений, продлевая их службу.
• Новые возможности обработки: Придание сложной формы таким стеклам часто требует нагрева, который ускоряет старение. Теперь этот побочный эффект можно нейтрализовать.
• Расширение сфер применения: Метод открывает двери для использования металлических стекол там, где важна надежность и способность к деформации – от микроэлектроники до авиации.

Главный теоретический пробел – ученые пока не смогли увидеть те самые «дефекты противосвободного объема». Их существование доказано косвенно, по улучшению свойств материала. Чтобы окончательно подтвердить теорию, нужны прямые наблюдения, например, с помощью компьютерного моделирования или позитронно-аннигиляционной спектроскопии. Также предстоит выяснить, как долго сохраняется эффект от ультразвуковой обработки и как он зависит от состава стекла.

Реальная польза этого исследования – в переходе от фундаментального открытия к решению конкретных инженерных проблем. Металлические стекла десятилетиями были «материалами будущего», которые не могли выйти из лабораторий из-за хрупкости и старения. Данная работа предлагает элегантный и экономичный инструмент для управления их свойствами постфактум. Представьте имплантат, который через несколько лет службы можно не менять, а „подлечить“ ультразвуком, восстановив его гибкость. Или микрошестеренку в космическом аппарате, чей ресурс можно продлить дистанционно. Это меняет парадигму проектирования: старение перестает быть фатальным фактором, а становится управляемым параметром. В перспективе метод может быть адаптирован для тонкой настройки других функциональных свойств, например, магнитных или каталитических, у целого класса аморфных материалов.

Наиболее уязвимое место исследования – его теоретическая основа, концепция «дефектов противосвободного объема». Пока это умозрительная модель, красиво объясняющая экспериментальные данные, но не подтвержденная прямыми структурными наблюдениями. Существует риск, что улучшение пластичности вызвано иным, еще не изученным механизмом, а предложенная модель окажется неверной. Без прямой визуализации или неопровержимых спектроскопических доказательств существования этих дефектов теория остается гипотезой, что может замедлить ее принятие научным сообществом и целенаправленное развитие технологии.

Ранее ученые открыли ключевые факторы прочности стекла.