世界上最强大的银色破坏数十年 - 历史的理论极限 - 为新课程的超强材料铺平了道路

佛蒙特州大学科学家弗雷德里克·西苏斯举行了世界上最强大的银色。新形式的金属是发现的一部分，可以从较轻的飞机发射技术进步到更好的太阳能电池板。

一支科学家团队使得比以前的世界纪录更强的银牌最强的银币。但那不是重要的一点。

“我们已经在纳米级工作中发现了一种新的机制，使我们能够使我们的金属比在不失任何导电性之前更强大，”材料科学家和机械工程教授佛蒙特大学谁共同领导了新的发现。

这一基本突破承诺了一种新的材料类别，可以在实力和携带电流的力量和能力之间克服工业和商业材料的传统权衡。

该团队的结果于2019年9月23日在自然材料期刊上发表。

重新思考缺陷

所有金属都有缺陷。这些缺陷通常会导致不希望的品质，如脆性或软化。这引领了科学家创造了各种合金或重型材料，使其更强壮。但随着他们变得更强壮，它们会失去电导率。

“我们问自己，我们如何用缺陷制造一种缺陷，而克服柔软，同时保留导电性，”劳伦斯·丽水国家实验室实验室和新研究共同作者的主导科学家莫里斯王说。

通过将痕量的铜混合到银中，团队显示它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。“这是因为杂质直接吸引了这些缺陷，”Sansoz解释道。换句话说，该团队使用了一种铜杂质 - 一种掺杂或“微基洛”的形式，因为科学家们风格 - 控制银中缺陷的行为。像一种原子级的九吉，科学家们将缺陷翻转到他们的优势，使用它们来加强金属并保持其电导率。

在一粒银中，铜原子杂质（以绿色为单位）被选择性地隔离在晶界（左侧）并进入内部缺陷（长串，向下流。）来自原子计算机仿真的这种快照是最近的一项研究的一部分，展示了杂质如何用于创造一种新的超强静态导电材料，称为“纳米晶 - 纳米型金属”。这种形式的铜掺杂的银色是强烈的，即它破坏了长期的理论极限，称为理想的霍尔辅助强度。

为了使他们的发现，团队 - 包括UVM，劳伦斯利弗莫尔国家实验室，AMES实验室，洛杉矶阿拉莫斯国家实验室和UCLA的专家 - 从材料工程的基础概念开始：作为水晶或粒子的大小材料变小，它变得更强壮。科学家称之为霍尔 - Petch关系。这项一般设计原则允许科学家和工程师建立更强大的合金和先进的陶瓷70多年。它很好地工作。

直到它没有。最终，当金属颗粒达到无限的微小尺寸 - 在几十纳米宽的宽范围内 - 晶粒之间的边界变得不稳定并开始移动。因此，另一种加强金属的已知方法，如银化使用纳米级“相干双界”，这是一种特殊类型的晶界。这些成对原子的结构形成对称镜状结晶界面 - 非常强以变形。除了这些双界的边界也变得柔软，因为由于缺陷的缺陷，当它们的间隙下降到几纳米的临界大小时。

前所未有的财产

非常粗略地说，纳米晶体就像布料的斑块，纳米电线就像布那样强壮但微小的螺纹。除了他们处于原子规模。新的研究结合了这两种方法，使科学家称之为“纳米晶纳米丝金属”，这是团队写的“前所未有的机械和物理性质”。

这是因为铜原子略小于银的原子，在晶界和双界中移动缺陷。这允许团队使用计算机模拟原子作为起点，然后在国家实验室中使用先进的仪器进入真正的金属 - 以创造新的超强形式的银色。银中的微小铜杂质抑制了移动的缺陷，但是少量金属 - 少于总量的百分之一 - 保留了富含银的电导率。“铜原子杂质沿着每个界面，不在之间，”Sansoz解释说。“所以他们不会破坏通过传播的电子。”

这种金属克服先前观察到的软化，因为谷物和双界变得太小 - 所谓的“霍尔 - PACH崩溃” - 甚至超过了长期理论霍采限额。该团队报告了“理想的最大强度”，可以在具有七纳米的双界的金属中找到，只有几个原子。和球队的铜包层银的热处理版本有一个高于被认为是理论最大值的硬度措施。

“我们已经破坏了世界纪录，而且大厅 - Petch限制也不仅仅是一次但在本研究过程中几次，具有非常受控的实验，”Sansoz说。

Sansoz相信，该团队制造超强和仍然导电银的方法可以应用于许多其他金属。“这是一类新的材料，我们刚刚开始了解他们的工作方式，”他说。他预计新研究中揭示的基础科学可能导致技术的进步 - 从更高效的太阳能电池到更轻的飞机到更安全的核电厂。“当你可以使材料更强大时，你可以使用较少，并且它持续更长时间，”他说，“并且导电是许多应用的关键。”

参考：“纳米晶纳米龙金属中的”理想的最大优势和缺陷诱导的缺陷诱导的爆发“，邢克，剑江叶，Zhiliang Pan，Jie Geng，Matt F. Besser，Dongxia Qu，Alfredo Caro，Jaime Marian，Ryan T. Ott，Y.Morris王某和弗雷德里德三佐兹，2019年9月23日，自然材料.DOI：
10.1038 / s41563-019-0484-3