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新技术从纳米颗粒构建超硬金属

新技术从纳米颗粒构建超硬金属

其他分类 化学 福昕翻译
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2021-01-26 19:54:51


布朗大学的 Kevin Stacey

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得益于布朗大学研究人员开发的一项新技术,这种金制“硬币”是由纳米粒子构成的。用这种方法制造大块金属可以精确地确定金属的微观结构,从而增强其机械性能。学分:陈实验室/布朗大学


冶金学家有各种方法可以使一大块金属变硬。他们可以弯曲,扭曲,在两个滚轴之间运行或用锤子敲打。这些方法通过破坏金属的晶粒结构(形成大量金属的微观晶域)而起作用。较小的晶粒可制成较硬的金属。

现在,布朗大学的一组研究人员找到了一种从下至上自定义金属晶粒结构的方法。在《化学》杂志上发表的一篇论文中,研究人员展示了一种将单个金属纳米团簇粉碎在一起以形成固态宏观固态块的方法。对使用该技术制造的金属进行的机械测试表明,它们比天然金属结构坚硬多达四倍。

布朗化学副教授,这项新研究的作者欧Chen说:“锤击和其他淬火方法都是改变晶粒结构的自上而下的方法,很难控制最终的晶粒尺寸” 。“我们要做的是创建纳米颗粒构造块,当您挤压它们时,它们会融合在一起。这样,我们就可以具有均匀的晶粒大小,可以精确地调整它们以增强性能。”

对于这项研究,研究人员使用金,银,钯和其他金属的纳米粒子制成了厘米级的“硬币”。这种尺寸的物品可用于制造高性能涂层材料,电极或热电发生器(将热通量转换为电的设备)。但是研究人员认为,该工艺可以轻松扩大规模,以制造超硬金属涂层或更大的工业组件。

Chen说,该过程的关键是对纳米颗粒结构单元进行化学处理。金属纳米颗粒通常被称为配体的有机分子覆盖,该有机分子通常防止颗粒之间形成金属-金属键。Chen和他的团队找到了一种化学去除这些配体的方法,使这些簇在一点点压力下融合在一起。

研究表明,用这种技术制成的金属硬币比标准金属坚硬得多。例如,金币比普通硬币坚硬两到四倍。研究人员发现,其他特性,如导电性和光反射率,几乎与标准金属相同。

布朗大学的研究人员展示了一种用纳米粒子构建块制造大块金属的方法.png

 

布朗大学的研究人员展示了一种用纳米粒子构建块制造大块金属的方法。为了进行一项新的研究,研究小组用金,银,钯和其他金属的纳米粒子制成了金属“硬币”。图片来源:陈实验室/布朗大学

 

Chen说,金币的光学特性引人入胜,因为将纳米颗粒压缩成块状金属后,颜色会发生戏剧性的变化。

陈说:“由于所谓的等离子体效应,金纳米颗粒实际上是紫黑色。” “但是,当我们施加压力时,我们看到这些紫色的簇突然变成了亮金色。这是我们知道实际上形成大块金的一种方式。”

Chen说,从理论上讲,该技术可用于制造任何种类的金属。实际上,Chen和他的团队证明了他们可以制造出一种奇特的金属,称为金属玻璃。金属玻璃是非晶态的,这意味着它们缺乏普通金属规则的重复晶体结构。这引起了显着的性能。金属玻璃比传统金属更容易模制,可以更坚固,更抗裂,并且在低温下表现出超导性。

陈说:“众所周知,由单一成分制成金属玻璃非常困难,因此大多数金属玻璃都是合金。”“但是我们能够从无定形钯纳米颗粒开始,并使用我们的技术来制造钯金属玻璃。”

陈说,他希望该技术有一天可以广泛用于商业产品。纳米团簇上使用的化学处理非常简单,将它们挤压在一起的压力完全在标准工业设备的范围内。Chen已为该技术申请了专利,并希望继续进行研究。

陈说:“我们认为,对于工业界和科研界来说,这里都有很大的潜力。”

 

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 来源于:phys



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