傳統(tǒng)冶金為了使金屬變硬，會(huì)對(duì)其用各種方式施加外力，比如就像鐵匠鋪敲敲打打一樣?，F(xiàn)代科學(xué)早已揭開奧秘，這是為了分解金屬內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)，使晶粒分解變小，晶粒越小，金屬制品就會(huì)越堅(jiān)硬。

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.12.026

近日，布朗大學(xué)的一組研究人員發(fā)現(xiàn)了一種自下而上定制金屬顆粒結(jié)構(gòu)的方法，并以“Bulk Grain-Boundary Materials from Nanocrystals”為題發(fā)表在Chem（化學(xué)）期刊，該發(fā)現(xiàn)展示了一種將單個(gè)金屬納米團(tuán)粉碎在一起形成固體宏觀尺度大塊固體金屬的方法，這樣制備出來的金屬部件經(jīng)過測(cè)試表明，其硬度是原來的四倍！

研究小組用金、銀、鈀和其他金屬的納米顆粒制造金屬“硬幣”

（圖片來源：布朗大學(xué)）

“錘擊和其他硬化方法都是自上而下改變晶粒結(jié)構(gòu)的方法，很難控制最終得到的晶粒尺寸，”布朗大學(xué)化學(xué)助理教授、這項(xiàng)新研究的通訊作者歐晨（音譯）說，“我們所做的是制造出納米顆粒積木，當(dāng)你擠壓它們時(shí)，它們會(huì)融合在一起。通過這種方式，我們可以獲得均勻的晶粒尺寸，可以精確地調(diào)整以增強(qiáng)性能?！?/span>

在這項(xiàng)研究中，研究人員使用金、銀、鈀和其他金屬的納米顆粒制造厘米級(jí)的“硬幣”。這種尺寸的產(chǎn)品可用于制造高性能涂層材料、電極或熱電發(fā)電機(jī)（將熱通量轉(zhuǎn)化為電能的裝置）。但研究人員認(rèn)為，這種工藝可以很容易地?cái)U(kuò)大規(guī)模，以制造超硬金屬涂層或更大的工業(yè)組件。

據(jù)介紹，這一過程的關(guān)鍵是對(duì)納米顆粒構(gòu)建塊進(jìn)行化學(xué)處理。金屬納米顆粒通常被稱為配體的有機(jī)分子所覆蓋，這些有機(jī)分子通常阻止粒子之間形成金屬鍵。只有去除這些配體有機(jī)物，才能讓金屬納米顆粒團(tuán)簇融合到一起。

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人陳（音譯）介紹，理論上，這種技術(shù)可以用來制造任何一種金屬。事實(shí)上，陳和他的團(tuán)隊(duì)展示了他們可以制造一種奇特的金屬形式，稱為金屬玻璃。金屬玻璃是無定形的，這意味著它們?nèi)狈φ＝饘俚囊?guī)則重復(fù)結(jié)晶結(jié)構(gòu)。這就產(chǎn)生了顯著的特性。與傳統(tǒng)金屬相比，金屬玻璃更容易模壓成型，強(qiáng)度更大，抗裂性更強(qiáng)，在低溫下表現(xiàn)出超導(dǎo)電性。“用單一成分制造金屬玻璃是出了名的困難，所以大多數(shù)金屬玻璃都是合金”，但我們能夠從無定形鈀納米顆粒開始，利用我們的技術(shù)制造鈀金屬玻璃?！?/span>

陳說，他希望有一天這項(xiàng)技術(shù)能廣泛應(yīng)用于商業(yè)產(chǎn)品。對(duì)納米團(tuán)簇的化學(xué)處理相當(dāng)簡(jiǎn)單，用于將它們擠壓在一起的壓力完全在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)設(shè)備的范圍內(nèi)。陳已經(jīng)申請(qǐng)了這項(xiàng)技術(shù)的專利，并希望繼續(xù)研究。“我們認(rèn)為這里有很大的潛力，無論是對(duì)工業(yè)界還是對(duì)科研界來說。”

編譯 YUXI