美科學家找到新的煉金術,用奈米顆粒打造超硬金屬

作者 | 發布日期 2021 年 01 月 26 日 9:40 | 分類 奈米 , 尖端科技 , 材料 Telegram share ! follow us in feedly


布朗大學(Brown University)宣布,其研究團隊透過自定義金屬晶粒結構(Customize metallic grain structures)的方式,透過化學處理,並藉由適當的壓力將奈米顆粒的金屬「擠壓融合」,得以製造出「超硬」的金屬。

在過往,冶金學家可透過細晶強化的方式,強化金屬的硬度(晶粒越小金屬硬度越硬),但這些方式通常是錘擊、彎曲、扭曲等,是種由上而下的方式,很難控制你最終的晶粒大小。為此,布朗大學的研究團隊研發一種由下而上的金屬構成方式,透過創造奈米顆粒構建塊(Nanoparticle Building Block),當進行擠壓時,這些奈米顆粒構建塊會融合在一起;如此一來就能夠擁有均勻的晶粒尺寸,可以精確調整以增強性能。

研究團隊表示,過往金屬融合的問題在於,金屬表面通常被稱為配體(Ligands)的有機分子所覆蓋,而這些配體會阻止奈米金屬顆粒之間的融合,以形成更大的金屬塊。而研究團隊開發出一種化學處理方式,可以有效去除這些配體,讓金屬奈米顆粒只需透過一點的壓力,便可融合在一起。

利用這種方法,研究人員用金、銀、鈀等不同金屬的奈米顆粒製成了粗糙的「硬幣」。經測試後發現,透過此一方式製造的硬幣硬度,比普通硬幣硬度大幅提高,其中金幣的硬度是一般硬幣的 4 倍,其他的物理特性基本沒有變化。

研究團隊認為,此種方法可用於製造任何金屬。在另一項測試中,研究團隊也利用此一技術製作了一種非晶態金屬(Metallic glass)。所謂的非晶態金屬,是指在原子尺度上結構無序的一種金屬材料。

研究團隊表示,用單一成分製造金屬玻璃是出了名的難,所以大多數非晶態金屬都是合金。但此技術能從無定形的鈀奈米顆粒開始,以製造鈀非晶態金屬。在目前厘米的大小上,這種製造方式可以用來製造超硬的塗層、電極或其他金屬零件,但未來也有希望可以應用至更大的項目上,例如工業設備。

(首圖來源:布朗大學