چگونه فلزی نرم مثل سرب، مثل فولاد مستحکم شود؟

مجله علمی ایلیاد - در شرایط عادی سرب یک فلز نسبتاً نرم است و به راحتی می‌توان آن‌را با ناخن خراش داد. اگر این فلز تحت فشارهای خیلی بالا قرار گیرد، می‌تواند استحکام بیشتری به نسبت فولاد داشته باشد. این یافته نتیجه‌ی بررسی‌های دانشمندانی است که نتایج آن‌را در مجله‌ی Physical Review Letters منتشر کرده‌اند.

دانشمندان برای اینکه بفهمند استحکام سرب با افزایش فشار چگونه تغییر می‌کند، در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور کالیفرنیا، با استفاده از پرتوهای لیزر یک نمونه‌ی سرب را تحت فشار شدید قرار داده‌اند. فشاری که به این نمونه وارد شده است، به حدود ۴۰۰ گیگاپاسکال نیز رسیده است. این فشار با فشار درون هسته‌ی زمین برابری می‌کند.

استحکام مواد مختلف را با توجه به پاسخ آن‌ها به تنش وارده اندازه‌گیری می‌کنند. در واقع یک نیروی خاص را به یک سطح خاص وارد می‌کنند و پاسخ ماده به آن‌را مورد بررسی قرار می‌دهند. اگر یک ماده بتواند قبل از تغییر شکل تنش بیشتری را تحمل کند، می‌توان گفت که آن ماده استحکام بیشتری دارد.

«اندرو کریگر» از آزمایشگاه لارنس لیورمور و همکارانش نشان داده‌اند که سرب تحت فشارهای بسیار بالا مقاومت زیادی نسبت به تغییر شکل دارد. رشد این خاصیت در سرب با افزایش فشار نیز توسط دانشمندان رصد شده است. بررسی‌های انجام شده نشان داده است که سرب تحت فشار بالا حدود ۲۵۰ برابر سرب در حالت عادی استحکام دارد. این استحکام ۱۰ برابر بیشتر از استحکام فولاد است.

زمانی که مواد تحت فشار قرار می‌گیرند، امکان دارد که مشخصات آن‌ها به شدت تغییر کند. به عنوان مثال، هیدروژن به صورت معمول گاز است، ولی می‌تواند تحت شرایط خاص تبدیل به فلز شود. درک اینکه مواد مختلف چگونه در مقابل فشارهای وارده پاسخ می‌دهند، می‌تواند اهمیت بالایی در بهبود طراحی تجهیزات مختلفی مانند جلیقه‌های ضدگلوله داشته باشد.

محاسبات دانشمندان نشان داده است که ساختار کریستالی سرب تحت فشار وارده تغییر می‌کند و در واقع شبکه‌ی اتم‌ها دچار بازآرایی می‌شود. تغییر ساختار کریستالی سرب باعث مستحکم شدن این فلز می‌شود.