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科學(xué)家用新的納米顆粒制造工藝鍛造出“超硬”金屬

2021-01-27 08:56:14 來源:cnBeta 閱讀量:12727

  布朗大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種制造“超硬”金屬的新方法。該團(tuán)隊通過化學(xué)處理,制造出了可以在適度壓力下融合在一起的納米顆粒“積木”。材料的硬度具體描述了其表面上的局部體積內(nèi)抵抗變形的能力。在金屬的情況下,它通常由組成它的微觀晶粒大小決定--晶粒越小,金屬越硬。
 
  通常情況下,金屬的硬度是通過錘擊、彎曲或扭曲等宏觀制造方法來實現(xiàn)的。但在新的研究中,研究小組從 "自下而上 "入手,使得金屬的硬度大大提高。
 
  “錘擊和其他淬火方法都是自上而下改變晶粒結(jié)構(gòu)的方法,很難控制你終的晶粒大小,”該研究的通訊作者Ou Chen說。“我們所做的是創(chuàng)造納米顆粒構(gòu)件,當(dāng)你擠壓它們時,它們會融合在一起。這樣我們就可以擁有均勻的晶粒尺寸,可以精確調(diào)整以增強性能。”
 
  該團(tuán)隊表示,問題在于,金屬的表面通常被稱為配體的有機分子所覆蓋,這些有機分子會阻止金屬顆粒強烈地結(jié)合。研究人員開發(fā)了一種化學(xué)處理方法,可以去除這些配體,讓金屬納米顆粒自由地通過壓力燒結(jié)過程更容易融合在一起。
 
  利用這種方法,研究人員用金、銀、鈀等不同金屬的納米顆粒制成了粗糙的“硬幣”。在測試中,它們被證明比平時硬度大大提高,其中金幣的硬度是原來的4倍。其他的物理特性基本沒有變化。
 
  在另一項測試中,研究人員利用他們的新技術(shù)制作了一種金屬玻璃。和我們比較熟悉的玻璃一樣,這些材料具有無定形的晶體結(jié)構(gòu),這可以使它們更容易成型,并有可能比普通金屬更堅固。
 
  “用單一成分制造金屬玻璃是出了名的難,所以大多數(shù)金屬玻璃都是合金,”研究人員說。“但我們能夠從無定形的鈀納米顆粒開始,用我們的技術(shù)來制造鈀金屬玻璃。”
 
  研究人員表示,在目前厘米的尺度上,這種工藝可以用來制造超硬的涂層、電極或其他金屬部件。但根據(jù)該團(tuán)隊的說法,它也應(yīng)該比較簡單地擴展到更大的項目,因為目前的工業(yè)設(shè)備可以處理使用的壓力。
 
  該研究發(fā)表在《Chem》雜志上。
 

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