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Metallsprödigkeitsproblem überwunden

07.12.2012

Wissenschaftler der McGill University und der Eidgenössischen Polytechnischen Schule Lausanne in der Schweiz haben die Sprödigkeit von Metallen untersucht und herausgefunden, wie Wasserstoff diese entscheidende Eigenschaft von Metallen beeinflusst.

Wasserstoff, als das leichteste Element, löst sich leicht auf und wandert in Metalle, wodurch sie spröder und bruchanfälliger werden. Dieses Phänomen wurde 1875 entdeckt, und seitdem ist die Wasserstoffversprödung (der Übergang eines Materials von einem duktilen in einen spröden Zustand) ein ständiges Problem bei der Strukturkonstruktion in Industrien, die von Handwerkzeugen über Flugzeuge bis hin zu Kernreaktoren reichen. Trotz jahrzehntelanger Forschung verstehen Wissenschaftler die Physik hinter der Wasserstoffversprödung immer noch nicht vollständig. Aus diesem Grund ist es schwierig, ein zuverlässiges Modell zu erstellen, das das Verhalten einer Struktur unter bestimmten Bedingungen oder nach vielen Jahren vorhersagt. Infolgedessen sind Industriedesigner gezwungen, auf kostspieliges und gefährliches Trial-and-Error zurückzugreifen.

Zum ersten Mal ist es einer Gruppe von Wissenschaftlern gelungen, das Verhalten von Wasserstoff in einem Metall im Nanomaßstab sorgfältig zu untersuchen. Dadurch war es möglich, ein neues Modell zu erstellen, das erstmals in der Lage ist, das Auftreten von „Wasserstoff“-Versprödung genau vorherzusagen. Das neue Modell wurde bereits erfolgreich zur Vorhersage des Verhaltens von ferritischem Stahl eingesetzt und stimmt vollständig mit den Ergebnissen von Experimenten mit realen Proben überein. Somit haben Metallurgen ein wertvolles Werkzeug für die Entwicklung der nächsten Generation starker und langlebiger Strukturmaterialien erhalten.

Unter normalen Bedingungen können Metalle einer erheblichen plastischen Verformung unterliegen, wenn sie einer Kraft ausgesetzt werden. Diese Plastizität ist mit dem Vorhandensein von Nano- und Mikrorissen verbunden, die Orte für die Bewegung von Atomen (Versetzungen) schaffen und Spannungen im Metall abbauen.

Versetzungen können als „Vehikel“ und Nano- und Mikrorisse als „Transporteinheiten“ der plastischen Verformung betrachtet werden. Somit basieren nützliche Eigenschaften wie Duktilität und Zähigkeit auf der Leistung dieser strukturellen Merkmale von Metallen. Leider ziehen diese Nano- und Mikrorisse auch Wasserstoffatome an, die eine Art „Pfropfen“ bilden und die Bewegung der Atome blockieren. Letztendlich führt dies zur Zerstörung des Materials – das Metall verbiegt sich nicht, sondern bricht.

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Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:

Die Existenz einer Entropieregel für die Quantenverschränkung wurde nachgewiesen 09.05.2024

Die Quantenmechanik überrascht uns immer wieder mit ihren mysteriösen Phänomenen und unerwarteten Entdeckungen. Kürzlich stellten Bartosz Regula vom RIKEN Center for Quantum Computing und Ludovico Lamy von der Universität Amsterdam eine neue Entdeckung vor, die sich mit der Quantenverschränkung und ihrem Zusammenhang mit der Entropie befasst. Quantenverschränkung spielt eine wichtige Rolle in der modernen Quanteninformationswissenschaft und -technologie. Aufgrund der Komplexität seiner Struktur ist es jedoch schwierig, es zu verstehen und zu verwalten. Die Entdeckung von Regulus und Lamy zeigt, dass die Quantenverschränkung einer Entropieregel folgt, die der für klassische Systeme ähnelt. Diese Entdeckung eröffnet neue Perspektiven im Bereich der Quanteninformationswissenschaft und -technologie und vertieft unser Verständnis der Quantenverschränkung und ihrer Verbindung zur Thermodynamik. Die Ergebnisse der Studie weisen auf die Möglichkeit der Reversibilität von Verschränkungstransformationen hin, was ihre Verwendung in verschiedenen Quantentechnologien erheblich vereinfachen könnte. Eine neue Regel öffnen ... >>

Mini-Klimaanlage Sony Reon Pocket 5 09.05.2024

Der Sommer ist eine Zeit der Entspannung und des Reisens, doch oft kann die Hitze diese Zeit zu einer unerträglichen Qual machen. Lernen Sie ein neues Produkt von Sony kennen – die Mini-Klimaanlage Reon Pocket 5, die verspricht, den Sommer für ihre Benutzer angenehmer zu gestalten. Sony hat ein einzigartiges Gerät vorgestellt – den Reon Pocket 5 Mini-Conditioner, der an heißen Tagen für Körperkühlung sorgt. Damit können Benutzer jederzeit und überall Kühle genießen, indem sie es einfach um den Hals tragen. Diese Mini-Klimaanlage ist mit einer automatischen Anpassung der Betriebsmodi sowie Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren ausgestattet. Dank innovativer Technologien passt Reon Pocket 5 seinen Betrieb an die Aktivität des Benutzers und die Umgebungsbedingungen an. Benutzer können die Temperatur einfach über eine spezielle mobile App anpassen, die über Bluetooth verbunden ist. Darüber hinaus sind speziell entwickelte T-Shirts und Shorts erhältlich, an denen ein Mini-Conditioner angebracht werden kann. Das Gerät kann oh ... >>

Energie aus dem Weltraum für Raumschiff 08.05.2024

Mit dem Aufkommen neuer Technologien und der Entwicklung von Raumfahrtprogrammen wird die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum immer machbarer. Der Leiter des Startups Virtus Solis teilte seine Vision mit, mit dem Raumschiff von SpaceX Orbitalkraftwerke zu bauen, die die Erde mit Strom versorgen können. Das Startup Virtus Solis hat ein ehrgeiziges Projekt zur Schaffung von Orbitalkraftwerken mit dem Starship von SpaceX vorgestellt. Diese Idee könnte den Bereich der Solarenergieerzeugung erheblich verändern und sie zugänglicher und kostengünstiger machen. Der Kern des Plans des Startups besteht darin, die Kosten für den Start von Satelliten ins All mithilfe von Starship zu senken. Es wird erwartet, dass dieser technologische Durchbruch die Solarenergieproduktion im Weltraum gegenüber herkömmlichen Energiequellen wettbewerbsfähiger machen wird. Virtual Solis plant den Bau großer Photovoltaikmodule im Orbit und nutzt Starship für die Lieferung der notwendigen Ausrüstung. Allerdings eine der größten Herausforderungen ... >>

Neue Methode zur Herstellung leistungsstarker Batterien 08.05.2024

Mit der Entwicklung der Technologie und dem zunehmenden Einsatz von Elektronik wird die Frage der Schaffung effizienter und sicherer Energiequellen immer dringlicher. Forscher der University of Queensland haben einen neuen Ansatz zur Herstellung von Hochleistungsbatterien auf Zinkbasis vorgestellt, der die Landschaft der Energiebranche verändern könnte. Eines der Hauptprobleme herkömmlicher wiederaufladbarer Batterien auf Wasserbasis war ihre niedrige Spannung, die ihren Einsatz in modernen Geräten einschränkte. Doch dank einer neuen, von Wissenschaftlern entwickelten Methode konnte dieser Nachteil erfolgreich überwunden werden. Im Rahmen ihrer Forschung wandten sich Wissenschaftler einer speziellen organischen Verbindung zu – Catechol. Es erwies sich als wichtige Komponente, die die Stabilität der Batterie verbessern und ihre Effizienz steigern kann. Dieser Ansatz hat zu einer deutlichen Spannungserhöhung der Zink-Ionen-Batterien geführt und sie damit wettbewerbsfähiger gemacht. Laut Wissenschaftlern haben solche Batterien mehrere Vorteile. Sie haben b ... >>

Alkoholgehalt von warmem Bier 07.05.2024

Bier, eines der häufigsten alkoholischen Getränke, hat einen ganz eigenen Geschmack, der sich je nach Temperatur des Konsums verändern kann. Eine neue Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams hat herausgefunden, dass die Biertemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks hat. Die vom Materialwissenschaftler Lei Jiang geleitete Studie ergab, dass Ethanol- und Wassermoleküle bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Arten von Clustern bilden, was sich auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks auswirkt. Bei niedrigen Temperaturen bilden sich eher pyramidenartige Cluster, wodurch die Schärfe des „Ethanol“-Geschmacks abnimmt und das Getränk weniger alkoholisch schmeckt. Im Gegenteil, mit steigender Temperatur werden die Cluster kettenförmiger, was zu einem ausgeprägteren alkoholischen Geschmack führt. Dies erklärt, warum sich der Geschmack einiger alkoholischer Getränke, wie z. B. Baijiu, je nach Temperatur ändern kann. Die Erkenntnisse eröffnen Getränkeherstellern neue Perspektiven, ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

Eine neue Möglichkeit, den Geschmack von Wein zu verbessern 29.02.2024

Eine an der Universität Rovira e Virgilia durchgeführte Studie beleuchtet einen neuen Weg zur Verbesserung der Weinqualität durch den Einsatz spezieller Hefen. Der Weinmarkt interessiert sich zunehmend für die Kohlensäuremazeration, ein Verfahren, das jungen Rotweinen vor allem im ersten Jahr dominante blumige und frische Fruchtnoten verleiht. Das bekannteste Beispiel für solche Weine ist der französische Beaujolais Nouveau, obwohl ähnliche Techniken auch in den Regionen La Rioja und Katalonien, insbesondere in Montsan und Conque de Barber, angewendet werden.

Experten der Universitäten Rovira und Virgilia haben gezeigt, dass der Einsatz spezieller Hefe die organoleptischen Eigenschaften von Weinen deutlich verbessern und den Prozess der malolaktischen Gärung beschleunigen kann. Dieser Effekt zeigte sich auch bei Rosé- und Orangeweinen.

Die Holzkohlemazeration ist ein dreistufiger Prozess. In der ersten Phase werden die Trauben in mit Kohlendioxid gefüllte Tanks gegeben, wodurch eine sauerstofffreie Umgebung entsteht, die die alkoholische Gärung im Korn fördert. Dann werden die mazerierten Körner verarbeitet und der letzte Schritt ist die malolaktische Gärung, die durch Milchsäurebakterien im Wein ausgelöst wird.

Forscher untersuchten die Wirkung der Hefe Torulaspora delbrueckii auf den Prozess der Kohlensäuremazeration sowie ihre Wirkung auf die organoleptischen Eigenschaften von Weinen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Weine, die im ersten Schritt mit diesen Hefen geimpft wurden, eine kräftigere Farbe und ein reicheres Aroma hatten, was sie für Weinliebhaber sehr attraktiv macht.

So haben Wissenschaftler herausgefunden, dass der Einsatz von Spezialhefe die Qualität von Weinen erheblich verbessern und die Möglichkeiten der Weinherstellung erweitern kann. Dies eröffnet Winzern und Kennern der Weinkultur neue Perspektiven, erhöht das Niveau der organoleptischen Eigenschaften und bereichert das Weinerlebnis.

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