科學家用新的納米顆粒製造工藝鍛造出「超硬」金屬

布朗大學的研究人員開發了一種製造「超硬」金屬的新方法。該團隊通過化學處理,製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。

科學家用新的納米顆粒製造工藝鍛造出「超硬」金屬

通常情況下,金屬的硬度是通過錘擊、彎曲或扭曲等宏觀製造方法來實現的。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構的方法,很難控制你最終的晶粒大小,」該研究的通訊作者Ou Chen說。「我們所做的是創造納米顆粒構件,當你擠壓它們時,它們會融合在一起。這樣我們就可以擁有均勻的晶粒尺寸,可以精確調整以增強性能。」

該團隊表示,問題在於,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合。研究人員開發了一種化學處理方法,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製成了粗糙的「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。

科學家用新的納米顆粒製造工藝鍛造出「超硬」金屬

在另一項測試中,研究人員利用他們的新技術製作了一種金屬玻璃。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構,這可以使它們更容易成型,並有可能比普通金屬更堅固。

「用單一成分製造金屬玻璃是出了名的難,所以大多數金屬玻璃都是合金,」研究人員說。「但我們能夠從無定形的鈀納米顆粒開始,用我們的技術來製造鈀金屬玻璃。」

研究人員表示,在目前厘米的尺度上,這種工藝可以用來製造超硬的塗層、電極或其他金屬部件。但根據該團隊的說法,它也應該比較簡單地擴展到更大的項目,因為目前的工業設備可以處理使用的壓力。

該研究發表在《Chem》雜志上。

來源:cnBeta