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世界上强度最高的导电用银合金被制造出来

发布日期:2019-10-15

银金属导电性极佳,但性质较为柔软且强度较低,在利用它来作为导电金属时,经常需要在强度和导电性之间进行权衡,但是新型材料可能会改变这种情况。一组研究人员设法利用缺陷使银比平时坚固得多,同时仍保持相当的导电性,这一发现突破了几十年来的理论极限。

 

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银晶粒的原子结构模型中充满了铜杂质(绿色),使它们自身的缺陷被填补

 

缺陷是金属不可避免的一部分,诸如脆弱性或者在时间的作用下老化等问题很常见,而解决的方法通常是将不同的金属组合成合金,有助于克服其中的一些问题,但对于导电金属而言,这通常这是以牺牲导电性为代价的,寻求两全其美是本研究的目的。

 

该研究的合著者莫里斯·王(Morris Wang)说:“我们问自己,如何才能制造出有缺陷的材料,而又要克服软化问题,同时又保持导电性呢?”解决方案听起来非常简单:他们将微量的铜混入了银中。最终的强度比先前最强的白银强42%,同时仍具有导电性。但是,这种新合金最令人印象深刻的是,它超过了所谓的“霍尔·佩奇极限”。

 

霍尔·佩奇(Hall-Petch)效应是70多年来材料科学的标志性学说,这一理论认为随着金属晶粒变小,材料本身也会变得更坚固,但是有一个限制:当晶粒变得太小(几纳米宽)时,它们的边界变得不稳定,材料会再次软化。

 

研究人员设法创造出了一种被称为“纳米晶孪生金属”的材质,从而突破了这一极限。由于铜原子比银原子稍小,它们倾向于掉入并填补晶粒边界的缺陷中。这样可以防止缺陷带来的移动,最终导致材料软化。同时,铜不会妨碍电子穿过银,从而保持了导电性。

 

研究小组表示,这种方法可以应用于除银以外的许多其他金属。该技术最终可用于制造更高效的太阳能电池板,更轻的飞机或更安全的核电站。

 

该研究的第一作者弗雷德里克·桑索斯(Frederic Sansoz)说:“这是一类新的材料,我们才刚刚开始了解它们是如何工作的。”

 

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