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突破霍尔·佩奇极限 世界上强度最高的导电用银合金被制造出来

发布时间: 2019-12-02 12:55:56   |  人气: 4055

银金属具有优异的导电性,但其性质柔软,强度低。当用作导电金属时,通常需要平衡强度和导电性,但新材料可能会改变这种情况。一组研究人员设法利用这一缺陷使银比平时更强,同时仍然保持相当大的导电性,这一发现突破了几十年的理论极限。

银颗粒的原子结构模型中充满了铜杂质(绿色),从而填充了它们自己的缺陷

缺陷是金属不可避免的一部分。时间作用下的脆弱或老化等问题非常普遍。解决办法通常是将不同的金属结合成合金,这有助于克服其中一些问题。然而,对于导电金属来说,这通常是以牺牲导电性为代价的。这项研究的目的是寻求两个世界的最佳选择。

该研究的合著者莫里斯·王说:“我们自问,我们如何在克服软化问题的同时保持导电性?”这个解决方案听起来非常简单:他们将微量的铜混合成银。最终强度比先前最强的银强42%,同时仍具有导电性。然而,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-佩特奇效应是材料科学70多年来的里程碑式理论。这个理论认为,随着金属颗粒变小,材料本身也会变得更强,但是有一个限制:当颗粒变得太小(几纳米宽)时,它们的边界变得不稳定,材料会再次软化。

研究人员创造了一种叫做“纳米晶双金属”的材料,成功打破了这一限制。由于铜原子比银原子稍小,它们倾向于落入并填充晶界处的缺陷。这可以防止由缺陷引起的移动,并最终导致材料软化。同时,铜不会阻止电子穿过银,从而保持导电性。

研究小组说,这种方法可以应用于除银以外的许多其他金属。这项技术最终可以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·桑索兹说:“这是一种新材料,我们刚刚开始理解它们是如何工作的。”

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