傳統(tǒng)冶金為了使金屬變硬，會對其用各種方式施加外力，比如就像鐵匠鋪敲敲打打一樣。現(xiàn)代科學早已揭開奧秘，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，金屬制品就會越堅硬。

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

近日，布朗大學的一組研究人員發(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）期刊，該發(fā)現(xiàn)展示了一種將單個金屬納米團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）

“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，”布朗大學化學助理教授、這項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，當你擠壓它們時，它們會融合在一起。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)整以增強性能。”

在這項研究中，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（將熱通量轉(zhuǎn)化為電能的裝置）。但研究人員認為，這種工藝可以很容易地擴大規(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)鍵是對納米顆粒構(gòu)建塊進行化學處理。金屬納米顆粒通常被稱為配體的有機分子所覆蓋，這些有機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物，才能讓金屬納米顆粒團簇融合到一起。

該項目負責人陳（音譯）介紹，理論上，這種技術(shù)可以用來制造任何一種金屬。事實上，陳和他的團隊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，強度更大，抗裂性更強，在低溫下表現(xiàn)出超導電性。“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。”

陳說，他希望有一天這項技術(shù)能廣泛應(yīng)用于商業(yè)產(chǎn)品。對納米團簇的化學處理相當簡單，用于將它們擠壓在一起的壓力完全在標準工業(yè)設(shè)備的范圍內(nèi)。陳已經(jīng)申請了這項技術(shù)的專利，并希望繼續(xù)研究。“我們認為這里有很大的潛力，無論是對工業(yè)界還是對科研界來說。”

編譯 YUXI