日前，德國基爾大學(xué)一研究團(tuán)隊(duì)成功試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了在不影響金屬材料機(jī)械穩(wěn)定性以及改變金屬特性的情況下改善金屬表面性能的方法。這種新方法從根本上來說，是通過電化學(xué)腐蝕的過程將金屬最外層表面變得粗糙，并將蝕刻深度嚴(yán)格控制在微米級(jí)別。

    通過這個(gè)納米級(jí)別的蝕刻過程，如鋁、鈦、鋅等金屬能夠永久的與其他一些材料相粘結(jié)，從而使材料變得防水，或提高其生物相容性。這些性能卓越的“超級(jí)連接”結(jié)合物從工業(yè)金屬加工到醫(yī)藥科技領(lǐng)域中的安全移植，擁有著非常廣泛的潛在應(yīng)用范圍 。目前，他們的研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在權(quán)威雜志英國皇家化學(xué)學(xué)會(huì)《納米視野》上了。

    “因此，我們已經(jīng)開發(fā)出了一種新的蝕刻方法，這種方法不會(huì)損害金屬且同時(shí)不會(huì)對(duì)穩(wěn)定性造成影響”。功能納米材料研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Rainer Adelung教授強(qiáng)調(diào)了這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的重要性：“通過這種方法，我們可以永久粘結(jié)之前不可以直接粘合的金屬，比如銅和鋁”

    金屬表面的3-D結(jié)構(gòu)

    這種有針對(duì)性的納米級(jí)蝕刻方法能使金屬表面（此處以鋁為例，20m=0.02mm）變得粗糙，因而形成帶有微小鉤狀物的3-D結(jié)構(gòu)。經(jīng)過該工藝處理的表面，能夠像三維拼圖一樣與幾乎任何一種其他材料實(shí)現(xiàn)互鎖，進(jìn)而產(chǎn)生十分牢固的結(jié)合性。此外，這種方法甚至可以將鋁和銅結(jié)合起來。

    實(shí)現(xiàn)原理

    金屬的表面有很多不同類型的晶體和晶粒，有些晶體和晶粒的化學(xué)穩(wěn)定性較弱。而通過針對(duì)性蝕刻法能夠?qū)⒛切┎环€(wěn)定的部分從金屬表面移除。使用蝕刻法使表層變得粗糙，能夠形成三維表面結(jié)構(gòu)。這改變了表面的特性，但是金屬整體的特性不會(huì)發(fā)生變化。這是因?yàn)槲g刻深度僅為10到20微米—僅相當(dāng)于人類毛發(fā)直徑的四分之一。因此，研究小組將此工藝命名為“納米刻蝕”。

    通過蝕刻工藝，可以形成帶有微小鉤狀物的3-D結(jié)構(gòu)。如果在兩種該工藝處理的金屬之間加入粘合性聚合物，則兩個(gè)表面會(huì)像三維拼圖一樣在任何方向上實(shí)現(xiàn)互鎖。

    我們通過肉眼就可以看到因蝕刻產(chǎn)生的變化，即表面在經(jīng)過處理后變得不光滑。砂紙對(duì)金屬表面進(jìn)行打磨同樣可以使表面變的粗糙，但這種粗糙結(jié)構(gòu)只是二維的，無法改變表面的金屬表面的特性。

    多功能屬性表面

    即使表面有一層薄油脂，如指紋，都不會(huì)對(duì)接合產(chǎn)生影響。 此外，研究人員強(qiáng)調(diào)說，研究小組還將這種拼圖狀的連接件暴露在極高溫度和濕度的環(huán)境中，用于模擬天氣條件。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其穩(wěn)定性未受到影響。

    潛在無限的應(yīng)用范圍

    這一技術(shù)的應(yīng)用范圍極廣，從像造船或航空這樣的金屬工業(yè)，到打印技術(shù)和防護(hù)，再到醫(yī)藥應(yīng)用。“納米刻蝕”工藝不僅產(chǎn)生3D表面結(jié)構(gòu)，從而使物體在完全不使用化學(xué)產(chǎn)品的情況下進(jìn)行結(jié)合，還可以用于去除物體表面的有害微粒，這是醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域非常感興趣的功能。

    研究人員目前已經(jīng)為該工藝申請(qǐng)了四項(xiàng)專利。同時(shí)，很多企業(yè)都對(duì)相關(guān)的潛在表現(xiàn)出很大的興趣。

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責(zé)任編輯：王元

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