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(duì)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(shí)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(chuàng)造納米顆粒構(gòu)件，當(dāng)你擠壓它們時(shí)，它們會(huì)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(qiáng)性能。”
該團(tuán)隊(duì)表示，問題在于，金屬的表面通常被稱為配體的有機(jī)分子所覆蓋，這些有機(jī)分子會(huì)阻止金屬顆粒強(qiáng)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(cè)試中，它們被證明比平時(shí)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(xiàng)測(cè)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(jiān)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(duì)的說法，它也應(yīng)該比較簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)展到更大的項(xiàng)目，因?yàn)槟壳暗墓I(yè)設(shè)備可以處理使用的壓力。
該研究發(fā)表在 《Chem》 雜志上。 |
