ProAcoustics丨最新研究称纳米技术是超材料科学的未来

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图片来源：陈-实验室/布朗大学

在布朗大学研究人员发表的一篇论文中，纳米技术现在可以被用来生产更好和更强的金属。

背景：材料科学与超材料

从最早的铁匠到现代的制造者，从事金属加工的人们找到了无数种方法使金属变得越来越硬。无论是锤击、扭曲，甚至是用工业强度的压力机压碎，所有的过程都是以相同的基本方式实现这一结果的，即分解构成原始材料的小颗粒结构。这是因为，在金属中，更小的颗粒等于更强的材料。所有过去和现在的方法都有其局限性，将未来制造更坚硬金属的梦想留给了全球先进材料领域的科学家们。

分析：纳米技术生产出更好的材料

通过将微小的贱金属纳米团簇粉碎在一起，研究小组获得了大量可用金属，并保持了一些显著的性能。最令人印象深刻的是：对这些宏观尺寸的金属进行的机械测试显示，它们的强度是天然金属的四倍，而不会失去任何其他典型的性能，如延展性或导电性。

布朗大学化学助理教授、论文作者陈鸥在解释他的团队自下而上的工艺优势时说：“锤击和其他硬化方法都是自上而下改变晶粒结构的方法，很难控制最终的粒度。我们所做的是制造出纳米颗粒积木，当你挤压它们时，它们会融合在一起。通过这种方式，我们可以获得均匀的晶粒尺寸，可以精确调整以增强性能。”

通常纳米级的金属颗粒被称为配体的有机化合物覆盖。这些难以去除的化合物阻止粒子结合在一起形成更大的可用金属。在他们的研究中，陈鸥课题组首先采用化学清洗法去除这些配体，使它们的粒子在标准工业设备上容易获得的压力范围内成功地结合在一起，最终形成一种稳定但更硬的材料。

布朗大学研究团队看到了这个过程中的很多潜力，但有一个特别的应用程序让人想起了经典电影《星际迷航4：回家的旅程》。它是一种被研究人员称为非晶态金属的材料，或者更常见的是“金属玻璃”。正如陈鸥教授的论文所指出的，“用单一成分制造金属玻璃是出了名的困难，所以大多数金属玻璃都是合金。但我们能够从无定形钯纳米颗粒开始，利用我们的技术制造钯金属玻璃。”

研究小组用金、银、钯和其他金属的纳米颗粒制造金属“硬币”。（图片来源：陈-实验室/布朗大学）

实际上，金属玻璃仅仅是指金属的非晶态晶体结构，而不是任何真正的透明性，这是它绝对不具备的。

然而，这种类型的材料提供了一系列独特的特性，包括布朗大学团队所强调的极端硬度，更容易延展性，甚至在极低温度下的超导性。

展望：纳米技术、超材料和未来的材料科学

最后，尽管有“透明铝”的说法，陈鸥教授还是设想了工业和商业应用，甚至可以扩大工艺规模，制造超硬涂层或实际的工业组件。

它是解决一个古老问题的现代方法，也是超材料技术的前沿之一。像陈鸥教授和他的团队这样的科学家正开始以越来越小的规模制造这些先进材料。在这种情况下，一次只能得到一个微小的纳米级的碎片。

陈鸥课题组所发表论文“Colloidal Assembly of Au–Quantum Dot–Au Sandwiched Nanostructures with Strong Plasmon–Exciton Coupling”可通过点击阅读原文查看。

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