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最新發(fā)現(xiàn)：高溫下，氧原子竟會(huì)大大降低鐵合金的強(qiáng)度

2017-08-03 11:12:18 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：材料科技在線分享至：

該圖顯示了隨著溫度的升高，含氧（由紅色三角形表示）和無(wú)氧（由黑色方塊表示）的鐵鉻鉿

納米晶粒的穩(wěn)定性模式。圖片來(lái)源：Peiman Shahbeigi-Roodposhti。

康涅狄格大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，一些納米晶體材料中的還原氧可以在高溫下提高其強(qiáng)度和耐久性。該結(jié)論在《合金與化合物》雜志（Journal of Alloys and Compounds）的一篇論文中報(bào)道，這意味著可以生產(chǎn)出更好的生物傳感器、更快的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和更大容量的半導(dǎo)體。

UConn材料科學(xué)研究所的博士后研究學(xué)者Peiman Shahbeigi-Roodposhti和此篇論文的主要作者說(shuō)：“在高溫下穩(wěn)定納米晶體是一個(gè)常見(jiàn)的挑戰(zhàn)。在某些合金中，我們發(fā)現(xiàn)高含量的氧氣可以顯著降低其效率。”

通過(guò)在裝有氬氣的封閉手套箱中使用特殊的研磨工藝，UConn的科學(xué)家們與康涅狄格州立大學(xué)的研究人員共同開(kāi)發(fā)出了鐵鉻和鐵鉿晶體，其氧含量可低至0.01％。這些幾乎不含氧的合金粉末在高溫和高應(yīng)力水平下似乎比那些具有較高氧含量的商業(yè)產(chǎn)品更加穩(wěn)定。

UConn生物醫(yī)學(xué)工程助理教授，即本文的合作者Sina Shahbazmohamadi解釋說(shuō)：“本研究首次提出了最佳無(wú)氧納米材料的各種表征技術(shù)，包括先進(jìn)的象差校正透射電子顯微鏡，揭示了在高溫下晶粒尺寸穩(wěn)定性的顯著提高。”

晶體尺寸穩(wěn)定性對(duì)于尋求開(kāi)發(fā)下一代先進(jìn)材料的科學(xué)家而言至關(guān)重要。像復(fù)雜編織網(wǎng)的細(xì)鏈接一樣，金屬顆粒是制成的小固體。研究表明，在制造更強(qiáng)、更堅(jiān)韌的金屬時(shí)，使用納米級(jí)金屬顆粒效果會(huì)更好，這些金屬更不易開(kāi)裂、導(dǎo)電性更好，在高溫和極端應(yīng)力下更耐用。

技術(shù)的最新進(jìn)展使得材料科學(xué)家能夠在10nm的規(guī)模下開(kāi)發(fā)納米級(jí)金屬顆粒。這種納米晶體只能在非常強(qiáng)大的顯微鏡下才能觀察到。

但這個(gè)過(guò)程并不完美。當(dāng)一些納米晶粒在像半導(dǎo)體等應(yīng)用被大量生產(chǎn)時(shí)，其尺寸的穩(wěn)定性會(huì)在更高的溫度和壓力下波動(dòng)。正是在調(diào)查這種不穩(wěn)定性的過(guò)程中，Shahbeigi-Roodposhti教授和UConn研究團(tuán)隊(duì)了解到，氧氣在降低高溫下納米晶體的穩(wěn)定性方面發(fā)揮了作用。

Shahbeigi-Roodposhti教授說(shuō)：“這只是第一步，但這一調(diào)查方式最終可能導(dǎo)致開(kāi)發(fā)更快的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、更多的半導(dǎo)體產(chǎn)品和更多的高靈敏度生物傳感器。”

展望未來(lái)，UConn的研究人員打算對(duì)其他合金就這一理論進(jìn)行測(cè)試，以了解氧氣的存在或不存在是否會(huì)影響其在高溫下的性能。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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