Fysici vinden de goede mix voor een ideaal glasachtig metaal

Zo hard als glas en zo sterk als staal. Voor het eerst zijn fysici erin geslaagd die twee eigenschappen te verenigen in één materiaal. Het kostte wat tijd – 109 pogingen – maar toen vonden ze precies de goede mix voor een metaallegering met een glasachtige structuur: hard én sterk dus. (Nature Materials, 9 januari).

‘Hard’ en ‘sterk’ beschrijven verschillende eigenschappen van materialen. Glas is hard: het vervormt niet snel en je kunt er moeilijk krassen in maken. Wat wel goed gaat: glas breken. Metalen zijn sterk: ze zijn buigzaam en geven mee, maar breken juist niet snel.

Dat heeft te maken met het regelmatige rooster waarin metaalatomen zijn gerangschikt. Als er druk op een metaal wordt uitgeoefend, kunnen de atomen binnen die structuur langs elkaar schuiven en zo ‘meegeven’. In glas zitten de atomen juist wanordelijk door elkaar – daardoor kost het veel meer energie om ze te verplaatsen’. Zoveel, dat glas dan meestal breekt.

Het geheim van de fysici van het Amerikaanse Caltech is dat ze hun metaal een glasachtige structuur gaven. Daartoe koelden ze gesmolten metaal zo snel af, dat de atomen geen tijd hadden zich netjes te rangschikken.

Bovendien kozen ze een slimme mix van metalen. In glasachtige metalen ontstaan namelijk gemakkelijk onvolkomenheden die lange ‘linten’ vormen – zwakke plekken waarlangs het materiaal toch scheurt en breekt.

De oplossing was een mix waarin zoveel ‘linten’ ontstaan dat ze elkaar juist opheffen. Zodra ergens een scheur begint, ontstaat rond de uiteinden een netwerk van haarscheurtjes die verdere groei blokkeren.

Nadeel is dat er palladium in de mix zit - een duur metaal. Daardoor lijkt het nieuwe materiaal vooral geschikt voor kleinschalige toepassingen, zoals implantaten in heupen en kaken. Het team zoekt intussen verder naar een goedkope variant. Margriet van der Heijden