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美发现外形似水滴内部为晶体的纳米粒子

2019-10-09 16:29:53来源:励志吧0次阅读

美国麻省理工学院科学家近日发现金属纳米粒子的一种新现象:这些粒子外表似水滴一般,任意变换形状,同时其内部却保持着完美稳定的晶体形态。该成果最近刊登在《自然—材料》杂志上。

该研究小组由李巨(音译)教授带领的国际团队完成,这项研究可能对纳米组件设计有重要意义,例如分子电子电路的金属触点。

试验在室温下进行,所用纯银粒子宽度不足人类头发的千分之一。但李巨同时表示,还应在许多不同种金属上进行类似实验,因为金属银的熔点高达将近962摄氏度,即1763华氏度,在这种情况下,观测到任何类似液体的现象都显得“意外”。他同时说,在早年对金属锡的试验中,这种新现象就有了蛛丝马迹,而锡的熔点低得多。

据物理学家组织网近日报道,研究人员用透射电子显微镜和原子模型进行细节成像后发现,尽管金属纳米粒子的外表看上去似液体般移动,实际上,只有最外层的部分是时刻在移动的,这一部分仅有一到两个原子的厚度。这些原子外层在粒子表面移动,并在其他地方再次沉淀,于是给人留下了大幅移动的印象,但实际上,在每一个粒子内部,原子都整齐地线性排列,就像墙中砖一样。

“粒子内部是晶状的,所以只有最外面一到两个单层才可移动”,李巨说。

相反,如果水滴要融化到流动状态,所有的晶体结构都要被完全打破,就像一堵墙坍塌成一堆砖。

严格说来,这些粒子的形变都是拟弹性的,即在压力解除之后,材料会恢复之前的形状,就像是一个被挤压的橡皮球。这种性质与可塑性相反,比如说一堆黏土就可以塑造成任何形状。

这一新发现承载了许多期待。从已知经验来看,大多数材料的机械强度随着尺寸的减少而增加。“总体而言,体量越小,强度越高。但是在非常小的量级上,材料组件将更加脆弱。”李巨说。从“越小越强”到“小则更弱”,这是一个陡然剧变。

李巨说,这一变化在室温下10纳米量级时可发生。目前微芯片制造商都在努力向这一量级进发,以缩小电路。若人们跨越了这一门槛,纳米组件的强度就会“陡降”。

李巨同时表示,该发现也有助于解释许多在其他小粒子研究中出现的一系列异常现象。

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