布朗大学(Brown University)宣布,其研究团队透过自定义金属晶粒结构(Customize metallic grain structures)的方式,透过化学处理,并借由适当的压力将奈米颗粒的金属“挤压融合”,得以制造出“超硬”的金属。
在过往,冶金学家可透过细晶强化的方式,强化金属的硬度(晶粒越小金属硬度越硬),但这些方式通常是锤击、弯曲、扭曲等,是种由上而下的方式,很难控制你最终的晶粒大小。为此,布朗大学的研究团队研发一种由下而上的金属构成方式,透过创造奈米颗粒构建块(Nanoparticle Building Block),当进行挤压时,这些奈米颗粒构建块会融合在一起;如此一来就能够拥有均匀的晶粒尺寸,可以精确调整以增强性能。
研究团队表示,过往金属融合的问题在于,金属表面通常被称为配体(Ligands)的有机分子所覆盖,而这些配体会阻止奈米金属颗粒之间的融合,以形成更大的金属块。而研究团队开发出一种化学处理方式,可以有效去除这些配体,让金属奈米颗粒只需透过一点的压力,便可融合在一起。
利用这种方法,研究人员用金、银、钯等不同金属的奈米颗粒制成了粗糙的“硬币”。经测试后发现,透过此一方式制造的硬币硬度,比普通硬币硬度大幅提高,其中金币的硬度是一般硬币的 4 倍,其他的物理特性基本没有变化。
研究团队认为,此种方法可用于制造任何金属。在另一项测试中,研究团队也利用此一技术制作了一种非晶态金属(Metallic glass)。所谓的非晶态金属,是指在原子尺度上结构无序的一种金属材料。
研究团队表示,用单一成分制造金属玻璃是出了名的难,所以大多数非晶态金属都是合金。但此技术能从无定形的钯奈米颗粒开始,以制造钯非晶态金属。在目前厘米的大小上,这种制造方式可以用来制造超硬的涂层、电极或其他金属零件,但未来也有希望可以应用至更大的项目上,例如工业设备。
- New technique builds super-hard metals from nanoparticles
(首图来源:布朗大学)