Quasicrystaalli: Mikä on tämä mystistä materiaali ja miten sitä käytetään teollisuudessa?

Tiede ja teknologia ovat täynnä hämmästyttäviä löytöjä, jotka haastavat vanhoja käsityksiä ja avaavat uusia mahdollisuuksia. Yksi tällaisista ihmeellisiä ilmiöistä on quasikristalli (engl. quasicrystal), materiaali, joka alkoi kiehtoa tiedeyhteisöä 1980-luvulla.

Kun kuulee sana “kide”, mieleen juolahtaa yleensä säännöllinen atomien järjestymys, kolmiulotteinen verkko, joka toistuu periodisesti. Tällaista järjestystä kutsutaan “kristallirakenteeksi”. Quasicrystallien tapauksessa kuitenkin tämä säännöllisyys on hieman… eri.

Niiden atomit sijoittuvat avaruuteen tietyllä kaavalla, mutta se ei toistu täsmälleen samalla tavalla kuin tavallisissa kidemateriaaleissa. Se muistuttaa hieman taideteosta: kaunis ja monimutkainen, mutta silti “epäsäännöllinen”.

Tästä ominaisuudesta johtuen quasicrystalleilla on ainutlaatuinen yhdistelmä materiaaliominaisuuksia. Esimerkiksi ne ovat vahvemmin kestäviä kuin monet tavalliset metallit ja sietävät paremmin korkeita lämpötiloja.

Lisäksi niillä on alhainen kitka, mikä tekee niistä houkuttelevan materiaalin koneiden osien valmistukseen, joissa tarvitaan vähäistä kulutusta ja energiahävikkiä.

Quasicrystallien syntymä: Luonnon salaisuuksista laboratorioihin

Kuten monien suurten löydösten kohdalla, quasicrystallien löytö tapahtui sattumanvaraisesti. Vuonna 1982 Israelin professori Dan Shechtman tutki aluminiumiseosta ja hämmästyi elektronimikroskooppikuvien tuloksista.

Seoksessa oli diffraktiokuvioita, jotka eivät olleet yhteensopivia tavallisten kristallien symmetrian kanssa. Alunperin Shechtmania pidettiin “virheellisenä” tiedemiehenä, koska hänen havaintojaan ei voitu selittää tuolloisten tietojen perusteella.

Lopulta kuitenkin Shechtmanin löytö vahvistettiin ja hänelle myönnettiin vuonna 2011 Nobelin kemianpalkinto quasicrystallien olemassaolon osoittamisesta.

Quasicrystallien valmistaminen laboratoriossa on erittäin vaikeaa. Yksi menetelmä on nopea jäähdytys, jossa materiaalia jähmetään nopeasti korkealta lämpötilalta. Tällöin atomit “jäätyvät” paikalleen ennen kuin ne ehtivät järjestäytyä tavallisiksi kristalliksi.

Toinen menetelmä on nano-partikkeleiden käyttö: pieniä nanopartikkeleita lisätään seokseen, ja ne toimivat “mallina” quasicrystallin muodostumiselle.

Quasiccrystallit teollisuuden valloitusretkellä!

Vaikka quasicrystallien valmistaminen on haastavaa, niiden ainutlaatuiset ominaisuudet tekevät niistä houkuttelevan materiaalin useille sovelluksille:

• Koneistuksen komponentti: Quasicrystallien alhainen kitka ja kestävyys tekevät niistä ihanteellisia koneiden osien, kuten laakereiden ja hammaskiehtojen valmistukseen. Nämä osat voivat kestää pidempään ja vaativat vähemmän huoltoa, mikä johtaa säästöihin sekä kustannuksissa että ajassa.

• Lämpötilansietokyky: Quasicrystallien korkea lämpötilasietokyky tekee niistä sopivia esimerkiksi lentokoneiden moottorien ja energia-alan sovellusten materiaaleiksi.

• Pinnoitteet ja koostumukset: Quasicrystallit voivat olla myös erittäin hyödyllisiä pinnoitteina, jotka parantavat materiaalien kestävyyttä ja korroosionvastusta.

• Elektroniikka: Quasicrystallien ominaisuudet tekevät niistä potentiaalista materiaalia elektronisissa laitteissa, kuten aurinkokennoissa ja LED-valoissa.

Ominaisuus	Quasicrystalli	Tavallinen Metalli
Kovuus	Korkeampi	Alempaa
Kitka	Alhainen	Korkeampi
Korroosionkestävyys	Hyvä	Muuttuva
Lämpötilansietokyky	Korkeampi	Alempaa

Quasicrystallien tulevaisuus: Vasta alussa!

Quasicrystallit ovat edelleen suhteellisen uusi materiaali, ja niiden potentiaalia ollaan vasta alkusoittoihin tutkimassa. Tietelijät kehittävät jatkuvasti uusia manufacturing-menetelmiä quasicrystallien tehokkaampaan valmistukseen ja tutkivat niiden ominaisuuksia erilaisissa olosuhteissa.

Aivan kuten ensimmäiset “tietokoneet” olivat kaukana nykyaikaisten tietokoneiden monipuolisuudesta ja suorituskyvystä, quasicrystallien potentiaali on vasta alussa. Tulevaisuudessa voimme odottaa näkevänsä ne yhä useammissa sovelluksissa, mikä tuo mukanaan uusia teknologisia ratkaisuja ja paranee elämäämme monilla tavoin.

Quasicrystallit ovat kiehtova esimerkki siitä, kuinka tieteellinen uteliaisuus ja satunnainen löytö voivat johtaa aivan uskomattomiin innovaatioihin. Joten seuraavan kerran kun kuulet sanan “kide”, älä ajattele vain tavallisia säännöllisiä rakenteita - muista myös quasicrystallien mystisiä ja kiehtovia ominaisuuksia, jotka ovat valloittamassa teollisuutta!