世界上强度最大的银诞生了,仅添加1%%u7684杂质,强度神奇增加了42%

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来源:茶马星球视野 发布日期:2019-10-06 19:05 浏览:31次

佛蒙特大学的科学家们声称,他们已经创造了出了迄今为止最坚固的银。该团队发明的新金属强度比之前的最硬纪录还要高42%%u3002虽然超强银很重要,但制造这种强韧金属所采用的技术同样是个大新闻。
研究小组表示,他们已经在纳米尺度上发现了一种新的机制,该机制可以让他们制造出更多的超强金属,比以往任何金属都多。科学家们说,当这些金属强度变得更大时,它们仍能保持导电性。


根据发表在《自然材料》杂志上的研究,这一“根本性的突破”为开发新型材料带来了希望,因为它可以在强度和输送电流能力之间实现工业和商用材料的更好取舍。
佛蒙特大学和劳伦斯利弗莫尔国家实验室合作研究发现的关键是,每一种金属中自然存在的缺陷,这些缺陷是由构成材料的原子几何晶格的不完全形成造成的。这些缺陷通常会导致一些不必要的特性,如脆性或软化。


当研究人员试图通过制造各种合金或重混合物来增强金属强度时,材料就会失去导电性。该团队的研究更好地解决了该问题,他们将微量的铜混合到银中来控制银晶格缺陷的行为。
之后材料显示出了一种神奇的能力,可以将两种类型的固有纳米级缺陷转化为强大的内部结构。事实上这仅仅需要少量的铜,按重量计算不到1%%uFF0C就大大提高了材料的导电率。


研究小组解释说,铜原子比银原子略小,杂质会被缺陷所吸引,它们会移动进入金属的缺陷中,。银中的铜杂质可以阻止缺陷的移动。换句话说,研究小组使用了一种铜杂质、科学家们称之为“微合金”的一种掺杂形式,来控制银的缺陷行为。科学家们将这些缺陷转化为它们的优势,现在该团队的研究,既加强了金属的强度,又保持了导电性。


为了进行该项研究,研究小组从材料工程的基本概念出发:当材料的晶体或颗粒的尺寸变小时,它的强度就会变得更大。科学家称这种关系为霍尔-佩奇关系。当微晶体的直径小于几十纳米时,由于微晶体之间的边界变得不稳定,霍尔-帕奇关系就会被打破。当铜被引入银时,它被晶格中的缺陷所吸引,并阻止了微晶体和另一种形式的缺陷之间的边界(相干孪晶边界)的移动。
相干孪晶边界是成对原子的结构,它们形成对称的镜面般的晶体界面,在正常情况下通过稳定晶体界面来增强金属的强度,但是当成对原子之间的距离降至几纳米以下时,这种界面也会减弱。铜原子比银原子略小,可以稳定晶格,但浓度很低,因此不会影响导电。


70多年来,这种通用的设计原理使得科学家和工程师可以制造出更坚固的合金和高级陶瓷。研究小组称这种新型合金为“纳米晶-纳米孪生金属”,并在其论文中声称它们具有前所未有的机械和物理性能。它不仅克服了以前认为的微晶体和孪晶边界过小的软化问题,而且克服了理论上的霍尔-佩奇极限,在此极限下,晶体尺寸减小不再强化材料。
研究小组报告说,在只有7纳米间距的双晶界金属中可以达到理想的最大强。此外测量结果显示,热处理版本的银铜合金强度高于以前存在了几十年的理论最大值。研究人员说,我们不仅破了世界纪录,而且也打破了霍尔-佩特奇极限。
参与该项目的科学家认为,这种制造更强导电银的方法可以应用于其他金属。这一突破未来可能导致飞机更轻、太阳能电池更高效和核电站更安全
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