固体纳米粒子保持其内部结构，同时像液体一样变形

结合实验室分析和计算机建模的最新研究表明，纳米粒子可保持其内部晶体结构，同时像液体一样变形。

在金属纳米粒子中发现了一个令人惊讶的现象：从外部看，它们看起来像是液滴，摇摆不定且易于改变形状的液滴，而它们的内部则保持了非常稳定的晶体结构。

由麻省理工学院教授朱力领导的这项发现背后的研究团队说，这项工作可能会对纳米技术中组件的设计产生重要影响，例如分子电子电路的金属触点。

该结果发表在《自然材料》杂志上，该研究结果来自一个国际团队，该团队将实验室分析和计算机建模相结合，该团队包括来自中国，日本，匹兹堡以及麻省理工学院的研究人员。

实验是在室温下进行的，纯银颗粒的宽度小于10纳米-小于人发宽度的千分之一。该论文的资深作者，BEA核科学与工程教授说，但是结果应该适用于许多不同的金属。

李说，银具有相对较高的熔点-962摄氏度或1763华氏度-因此，观察到其纳米颗粒中任何类似液体的行为“非常出乎意料”。他说，在锡的早期工作中已经看到了这种新现象的提示，锡的熔点要低得多。

纳米粒子在从电子到药物的各种应用中的使用是一个活跃的研究领域。李说，通常，这些研究人员“想要形成形状，并且他们希望这些形状在很多年内都保持稳定”。因此，这些变形的发现揭示了许多此类应用的潜在严重障碍：例如，如果在电子电路中使用金或银纳米配体，则这些变形会迅速导致电连接失败。

只有皮肤深

研究人员使用透射电子显微镜和原子模型进行的详细成像显示，尽管金属纳米颗粒的外部看起来像液体一样运动，但在任何给定时间实际上只有最外层（一个或两个原子厚）在运动。当这些原子的外层在整个表面上移动并在其他地方重新沉积时，它们给人以更大的运动的感觉-但在每个粒子内部，原子保持完美排列，就像墙上的砖块一样。

李说：“内部是晶体，因此唯一的可移动原子是前一个或两个单层。”“除了前两层之外，其他所有地方都是晶体。”

相比之下，如果液滴熔化成液态，则晶体结构的有序性将被完全消除，就像一面翻成砖块的墙一样。顶一下！。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。.....以后继续继续继续。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。，，，，，，，，等。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。，都都都都好象墙。

从技术上讲，颗粒的变形是伪弹性的，这意味着材料在消除应力后会像压缩的橡胶球一样恢复其原始形状，这与塑性相反，就像在可变形的块状粘土中保持新形状一样。

界面扩散引起的可塑性现象最早由麻省理工学院陶瓷工程学教授罗伯特·科布尔（Robert L. Coble）提出，被称为“科布尔蠕变”。李说：“我们所看到的被恰当地称为Coble拟弹性。”

李说，既然已经理解了这种现象，那么研究纳米电路或其他纳米器件的研究人员就可以很容易地弥补这一现象。如果纳米颗粒甚至由几乎消失的氧化物层保护，则几乎完全消除了类似液体的行为，从而可以实现稳定的电路。

可能的好处

另一方面，对于某些应用程序，此现象可能有用：Li说，例如，在需要电触点承受旋转重构的电路中，使用贵金属或还原性气氛（旨在稳定氧化层的形成）而设计用于最大化这种效果的颗粒可能被证明是有用的。

这项新发现与期望值相去甚远-部分是由于在大多数材料中，人们对它们的理解已广为人知，其中机械强度随着尺寸的减小而增加。

李说：“通常，尺寸越小，强度就越高。但是，如果尺寸很小，则材料成分会变得非常弱。从“越小越强”到“越小越弱”的过渡可能会非常尖锐。

他说，这种转换发生在室温下约10纳米处-随着电路尺寸的缩小，微芯片制造商正在接近这种尺寸。李说，当达到这个阈值时，它会导致纳米组件的强度“急剧下降”。

李说，这些发现还可以帮助解释在其他有关小颗粒的研究中发现的许多异常结果。

“…西北大学制造与创业学教授”霍拉西奥·埃斯皮诺萨（Horacio Espinosa）说：“本文报道的工作是一流的。”“这是非常困难的实验，这首次揭示了在没有位错的情况下银纳米晶体的形状恢复。… 李对原子模型的实验解释说明了在比较实验和模拟方面的最新进展，因为它涉及到空间和时间尺度。这对材料力学的许多方面都有影响，因此我希望这项工作能被高度引用。”

研究团队包括南京东南大学的孙军，何龙冰，徐涛，毕恒昌和孙立涛。麻省理工学院和京都大学的罗玉杰；浙江大学张泽匹兹堡大学的斯科特·毛（Scott Mao）。它得到了中国国家基础研究计划的支持；国家自然科学基金；中国教育部；中国江苏省国家科学基金项目；和美国国家科学基金会。

出版物：Jun Sun等人，“亚10纳米以下的结晶银颗粒的类液体伪弹性”，《自然材料》（2014年）； doi：10.1038 / nmat4105

图像：严良