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纳米颗粒“自下而上”造出超硬金属

据最新一期《化学》杂志报道,美国布朗大学研究人员开发出一种粉碎单个金属纳米团簇的方法,与传统的硬化技术完全不同,可使形成的金属的硬度比天然结构金属高出4倍。

材料的硬度一般是指其在受力或压力下,抗刮擦或弯曲变形的性能。对于金属而言,其硬度通常取决于组成它的微小颗粒的大小,颗粒越小,金属越硬。

研究人员指出,锤击和其他硬化方法都是改变颗粒结构的“自上而下”的方法,很难控制最终的颗粒尺寸。新方法则是“自下而上”:首先通过化学处理创建出纳米颗粒材料,然后在中等压力下将这些纳米颗粒融合在一起,由此制造的金属具有均匀的颗粒尺寸,可对其进行精确调整以增强性能。

金属表面通常被称为“配体”的有机分子覆盖,会阻止金属颗粒牢固地结合。研究人员开发了一种化学处理方法,可以去除这些配体,从而使金属纳米颗粒在压力烧结过程中可以自由地融合在一起。

研究人员使用这种方法,用金、银和钯等不同金属的纳米颗粒制成了粗糙的“硬币”。经过测试,证明它们比天然结构要坚硬得多,金币的坚硬程度高达原来的4倍。研究人员还发现,利用该技术制成的新金属硬币,具有与标准金属几乎相同的导电性和光反射率,但是它们的光学性能发生了巨大变化。

在另一项测试中,研究人员使用新技术制成了金属玻璃。就像人们更熟悉的眼镜一样,这些材料具有无定形的晶体结构,使它们更容易成型,并且比常规金属更坚固。

目前,研究人员已为该技术申请了专利,正在寻求将其商业化。由于化学处理相对容易,他们相信利用该技术的生产工艺在制造超硬涂层、电极或其他金属部件上具有巨大的潜力。

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