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最新發(fā)現(xiàn)：高溫下，氧原子竟會大大降低鐵合金的強度

2017-08-03 11:12:18 作者：本網(wǎng)整理來源：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。圖片來源：Peiman Shahbeigi-Roodposhti。

康涅狄格大學的研究人員發(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)動機和更大容量的半導(dǎo)體。

UConn材料科學研究所的博士后研究學者Peiman Shahbeigi-Roodposhti和此篇論文的主要作者說：“在高溫下穩(wěn)定納米晶體是一個常見的挑戰(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的科學家們與康涅狄格州立大學的研究人員共同開發(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)學工程助理教授，即本文的合作者Sina Shahbazmohamadi解釋說：“本研究首次提出了最佳無氧納米材料的各種表征技術(shù)，包括先進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)定性對于尋求開發(fā)下一代先進材料的科學家而言至關(guān)重要。像復(fù)雜編織網(wǎng)的細鏈接一樣，金屬顆粒是制成的小固體。研究表明，在制造更強、更堅韌的金屬時，使用納米級金屬顆粒效果會更好，這些金屬更不易開裂、導(dǎo)電性更好，在高溫和極端應(yīng)力下更耐用。

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

但這個過程并不完美。當一些納米晶粒在像半導(dǎo)體等應(yīng)用被大量生產(chǎn)時，其尺寸的穩(wěn)定性會在更高的溫度和壓力下波動。正是在調(diào)查這種不穩(wěn)定性的過程中，Shahbeigi-Roodposhti教授和UConn研究團隊了解到，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：“這只是第一步，但這一調(diào)查方式最終可能導(dǎo)致開發(fā)更快的噴氣發(fā)動機、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，UConn的研究人員打算對其他合金就這一理論進行測試，以了解氧氣的存在或不存在是否會影響其在高溫下的性能。

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責任編輯：殷鵬飛

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