Ang bagong teknolohiya ay nagtatayo ng mga superhard na metal sa pamamagitan ng magkasamang pagsira sa maliliit na nanoparticle

Ang gintong “coin” na ito ay ginawa mula sa mga block ng gusali ng nanoparticle salamat sa isang bagong pamamaraan na binuo ng mga siyentista mula sa Brown University. Ang paggawa ng maramihang mga metal sa ganitong paraan ay nagbibigay-daan sa isang tumpak na microstructure ng metal, na nagdaragdag ng mga mekanikal na katangian. Kredito: Chen Lab / Brown University

Ang mga mananaliksik sa Brown University ay nagpakita ng isang paraan upang makabuo ng maramihang mga metal sa pamamagitan ng pagsira ng magkasama ng mga maliit na metal na nanoparticle na magkasama, na pinapayagan para sa na-customize na mga istruktura ng palay at mas mahusay na mekanikal at iba pang mga pag-aari.

Ang mga metalurista ay mayroong bawat posibleng paraan upang gawing mas mahirap ang isang piraso ng metal. Maaari nilang baluktot ito, i-on ito, ibababa sa pagitan ng dalawang roller o hampasin ito ng martilyo. Ang mga pamamaraang ito ay gumagana sa pamamagitan ng pagwawasak ng istraktura ng isang metal na butil – mga microscopic crystalline domain na bumubuo ng isang malaking piraso ng metal. Ang mga mas maliit na butil ay nag-aambag sa mas mahirap na mga metal.

Ngayon ang isang pangkat ng mga siyentista mula sa Brown University ay nakakita ng isang paraan upang maiakma ang mga istrukturang butil ng metal mula sa ibaba hanggang. Sa isang artikulong nalathala sa isang magasin Chem, ang mga siyentipiko ay nagpapakita ng isang paraan ng pagbasag ng mga indibidwal na metal nanoclusters upang mabuo ang solidong mga macrobond ng solidong metal. Ang mga mekanikal na pagsubok ng mga metal na ginawa ng pamamaraang ito ay nagpakita na ang mga ito ay hanggang sa apat na beses na mas mahirap kaysa sa natural na nagaganap na mga istrukturang metal.

“Ang martilyo at iba pang mga pamamaraan na nagpapatigas ay ang lahat ng mga paraan upang baguhin ang istraktura ng butil mula sa itaas hanggang sa ibaba, at napakahirap kontrolin ang laki ng butil na napupunta ka,” sabi ni Ou Chen, katulong na propesor ng kimika ni Brown at kaukulang may-akda ng bagong pananaliksik. “Ang nagawa namin ay lumikha ng mga bloke ng gusali ng mga nanoparticle na magkakasama kapag pinindot mo ang mga ito.” Sa ganitong paraan, maaari tayong magkaroon ng magkakatulad na laki ng butil na maaaring maiayos para sa mas mahusay na mga pag-aari. “

Maramihang mga metal mula sa pagbuo ng mga bloke ng nanoparticle

Ang mga mananaliksik sa Brown University ay nagpakita ng isang paraan upang makabuo ng maramihang mga metal mula sa pagbuo ng mga bloke ng mga nanoparticle. Para sa bagong pag-aaral, gumawa ang koponan ng metal na “mga barya” mula sa mga nanoparticle ng ginto, pilak, paladium at iba pang mga metal. Kredito: Chen lab / Brown University

Para sa pag-aaral na ito, ang mga mananaliksik ay gumawa ng “centimeter” sa isang sentrong sukat gamit ang mga nanoparticle ng ginto, pilak, paladium at iba pang mga metal. Ang mga item ng ganitong laki ay maaaring maging kapaki-pakinabang para sa paggawa ng mga materyales na may mataas na pagganap na patong, mga electrode o thermoelectric generator (mga aparato na ginawang elektrisidad ang mga heat flux). Gayunpaman, iniisip ng mga siyentista na ang prosesong ito ay maaaring madaling dagdagan upang makabuo ng mga superhard na patong ng metal o mas malalaking sangkap na pang-industriya.

Ayon kay Chen, ang susi sa proseso ay ang paggamot ng kemikal ng mga blokeng gusali ng nanoparticle. Ang mga nanoparticle ng metal ay karaniwang pinahiran ng mga organikong molekula na tinatawag na ligands, na karaniwang pumipigil sa pagbuo ng mga metal-metal na bono sa pagitan ng mga maliit na butil. Si Chen at ang kanyang koponan ay nakakita ng isang paraan upang alisin ang kemikal na mga ligands na ito, na pinapayagan ang mga kumpol na pagsamahin sa ilang presyon.

Ipinakita ng pananaliksik na ang mga metal na barya na ginawa ng diskarteng ito ay mas mahirap kaysa sa karaniwang metal. Halimbawa, ang mga gintong barya ay dalawa hanggang apat na beses na mas mahirap kaysa sa dati. Natuklasan ng mga mananaliksik na ang iba pang mga pag-aari, tulad ng mga linya ng kuryente at ilaw na sumasalamin, ay halos magkapareho sa mga karaniwang metal.

Sinabi ni Chen na ang mga katangian ng salamin sa mata ng mga gintong barya ay kamangha-mangha dahil ang mga nanoparticle ay na-compress sa isang maluwag na metal nang sila ay na-compress.

“Dahil sa kung ano ang kilala bilang plasmonic effect, ang mga nanoparticle ng ginto ay talagang kulay-lila-itim,” sabi ni Chen. “Ngunit kapag pinilit natin, nakikita natin ang mga lilang kumpol na ito na biglang lumiko sa isang maliwanag na ginintuang kulay.” Iyon ang isa sa mga paraan na alam namin na talagang lumikha kami ng gintong ginto. “

Sa teoretikal, sinabi ni Chen na ang pamamaraang ito ay maaaring magamit upang makabuo ng anumang uri ng metal. Sa katunayan, ipinakita ni Chen at ng kanyang koponan na maaari silang gumawa ng isang kakaibang anyo ng metal na kilala bilang metal na salamin. Ang mga baso ng metal ay walang hugis, na nangangahulugang kulang sila ng regular na paulit-ulit na mala-kristal na istraktura ng normal na mga metal. Ito ay humahantong sa kapansin-pansin na mga katangian. Ang mga baso ng metal ay mas madaling mabuo kaysa sa tradisyunal na mga metal, maaaring maging mas malakas at mas lumalaban sa pag-crack, at ipakita ang superconductivity sa mababang temperatura.

“Ang paggawa ng metal na baso mula sa isang solong sangkap ay kilalang mahirap, kaya’t ang karamihan sa mga baso ng metal ay mga haluang metal,” sabi ni Chen. “Ngunit maaari kaming magsimula sa mga walang hugis na palybon nanoparticle at gamitin ang aming diskarteng gumawa ng palyadium na metal na salamin.”

Sinabi ni Chen na inaasahan niya na ang pamamaraan sa isang araw ay malawakang magamit para sa mga produktong komersyal. Ang paggamot ng kemikal na ginamit sa mga nanoclusters ay medyo simple at ang mga presyur na ginamit upang i-compress ang mga ito ay nasa saklaw ng karaniwang kagamitan sa industriya. Pinatawad ni Chen ang pamamaraan at inaasahan niyang ipagpatuloy ang pag-aaral nito.

“Sa palagay namin mayroong malaking potensyal dito para sa parehong industriya at pang-agham na pamayanan ng pananaliksik,” sabi ni Chen.

Mga Sanggunian: “Bulk Grain-Boundary Materials from Nanocrystals” ni Yasutaka Nagaoka, Masayuki Suda, Insun Yoon, Na Chen, Hanjun Yang, Yuzi Liu, Brendan A. Anzures, Stephen W. Parman, Zhongwu Wang, Michael Grünwald, Hiroshi M. Yamamoto at Ou Chen, Enero 22, 2021, Chem.
DOI: 10.1016 / j.chempr.2020.12.026

Ang mga kapwa may-akda ni Chen sa papel ay sina Yasutaka Nagaoka, Masayuki Suda, Insun Yoon, Na Chen, Hanjun Yang, Yuzi Liu, Brendan A. Anzures, Stephen W. Parman, Zhongwu Wang, Michael Grünwald at Hiroshi M. Yamamoto. Ang pananaliksik ay suportado ng National Science Foundation (CMMI-1934314, DMR-1332208, DMR-1848499) at ang Kagawaran ng Enerhiya ng Estados Unidos (DE-AC02-06CH11357).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

82% ng Mga Tao na Na-ospital Sa COVID-19 Bumuo ng Mga Neurological Problems

Isinasaalang-alang ang tomography ng utak. Ang mga pasyente na may mga karamdaman na nagpapahiwatig ng neurological ay kasangkot COVID-19 anim na beses na mas malamang...

“Gobsmacked” – Ang Melanie Wood ng Harvard ay Naging Unang Babae na Nanalo ng $ 1M Waterman Award sa Math

Si Melanie Wood ang unang babaeng nanalo ng isang Waterman Award sa matematika. Kredito: Stephanie Mitchell / Harvard Staff Photographer Kinikilala para sa mga...

Bagong Pagong na Natagpuan sa Huling Cretaceous ng Madagascar

Ang pagbabagong-tatag ng buhay ng Sahonachelys mailakavava, umaatake sa Madagascan na palaka tadpoles na si Belzebufo ay nagprotesta gamit ang isang espesyal na diyeta...

Natuklasan ng mga siyentista na ang loob ng Saturn – ang makapal na layer ng helium – ay nakakaapekto sa magnetic field ng mga...

Ang magnetikong patlang ni Saturn na nakikita sa itaas. Credit-Ancate Barrick / Jones Hopkins University Ginagaya ng mga mananaliksik ang mga kondisyong kinakailangan para...

Lumilikha ang mga mananaliksik ng cybersecurity ng mas mahusay na kanaryo – gamit ang AI upang lumikha ng pekeng mga dokumento

Ang bagong artipisyal na sistema ng katalinuhan ay lumilikha ng mga pekeng dokumento upang linlangin ang mga kalaban. Sa panahon ng World War II, ang...

Newsletter

Subscribe to stay updated.