Schematisk skildring av en supertetrahedral aluminiumkristallstruktur. Forskare från Utah State University, USA och Southern Federal University, Ryssland, beräkningsmässigt utformad en ny, metastabil, ultralätt kristallin form av aluminium. Kredit:Iliya Getmanskii, Southern Federal University, Ryssland
Om du tappar en aluminiumsked i en diskbänk full av vatten, skeden kommer att sjunka till botten. Det beror på att aluminium, i sin konventionella form, är tätare än vatten säger Utah State University -kemisten Alexander Boldyrev.
Men om du strukturerar om den vanliga hushållsmetallen på molekylär nivå, som Boldyrev och kollegor gjorde med beräkningsmodellering, du kan producera en ultralätt kristallin form av aluminium som är lättare än vatten. Boldyrev, tillsammans med forskarna Iliya Getmanskii, Vitaliy Koval, Rusian Minyaev och Vladimir Minkin från Southern Federal University i Rostov-on Don, Ryssland, publicerade fynd i 18 september, 2017, onlineutgåva av Journal of Physical Chemistry C .
Teamets forskning stöds av National Science Foundation och det ryska vetenskaps- och utbildningsministeriet.
"Mina kollegors inställning till den här utmaningen var väldigt innovativ, säger Boldyrev, professor vid USU:s institution för kemi och biokemi. "De började med ett känt kristallgitter, I detta fall, en diamant, och ersatte varje kolatom med en aluminiumtetraeder."
Lagets beräkningar bekräftade att en sådan struktur är en ny, metastabil, lätt form av kristallaluminium. Och till deras förvåning, den har en densitet på endast 0,61 gram per kubikcentimeter, i motsats till konventionell aluminiums densitet på 2,7 gram per kubikcentimeter.
"Det betyder att den nya kristalliserade formen kommer att flyta på vatten, som har en densitet på ett gram per kubikcentimeter, " säger Boldyrev.
En sådan egenskap öppnar en helt ny värld av möjliga tillämpningar för de icke-magnetiska, korrosionsbeständig, riklig, relativt billig och lätttillverkad metall.
"Rymdfärd, medicin, ledningar och lättare, mer bränsleeffektiva bildelar är några applikationer som jag tänker på, "Säger Boldyrev." Naturligtvis, det är väldigt tidigt att spekulera om hur detta material skulle kunna användas. Det finns många okända. För en sak, vi vet ingenting om dess styrka."
Fortfarande, han säger, genombrottsupptäckten markerar ett nytt sätt att närma sig materialdesign.
"En fantastisk aspekt av denna forskning är tillvägagångssättet:att använda en känd struktur för att designa ett nytt material, "Säger Boldyrev." Detta tillvägagångssätt banar väg för framtida upptäckter. "
