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    世界上強度最高的導電用銀合金被製造出來

    發布日期:2019-10-15

    銀金屬導電性極佳,但性質較為柔軟且強度較低,在利用它來作為導電金屬時,經常需要在強度和導電性之間進行權衡,但是新型材料可能會改變這種情況。一組研究人員設法利用缺陷使銀比平時堅固得多,同時仍保持相當的導電性,這一發現突破了幾十年來的理論極限。

     

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    銀晶粒的原子結構模型中充滿了銅雜質(綠色),使它們自身的缺陷被填補

     

    缺陷是金屬不可避免的一部分,諸如脆弱性或者在時間的作用下老化等問題很常見,而解決的方法通常是將不同的金屬組合成合金,有助於克服其中的一些問題,但對於導電金屬而言,這通常這是以犧牲導電性為代價的,尋求兩全其美是本研究的目的。

     

    該研究的合著者莫裏斯·王(Morris Wang)說:“我們問自己,如何才能製造出有缺陷的材料,而又要克服軟化問題,同時又保持導電性呢?”解決方案聽起來非常簡單:他們將微量的銅混入了銀中。最終的強度比先前最強的白銀強42%,同時仍具有導電性。但是,這種新合金最令人印象深刻的是,它超過了所謂的“霍爾·佩奇極限”。

     

    霍爾·佩奇(Hall-Petch)效應是70多年來材料科學的標誌性學說,這一理論認為隨著金屬晶粒變小,材料本身也會變得更堅固,但是有一個限製:當晶粒變得太小(幾納米寬)時,它們的邊界變得不穩定,材料會再次軟化。

     

    研究人員設法創造出了一種被稱為“納米晶孿生金屬”的材質,從而突破了這一極限。由於銅原子比銀原子稍小,它們傾向於掉入並填補晶粒邊界的缺陷中。這樣可以防止缺陷帶來的移動,最終導致材料軟化。同時,銅不會妨礙電子穿過銀,從而保持了導電性。

     

    研究小組表示,這種方法可以應用於除銀以外的許多其他金屬。該技術最終可用於製造更高效的太陽能電池板,更輕的飛機或更安全的核電站。

     

    該研究的第一作者弗雷德裏克·桑索斯(Frederic Sansoz)說:“這是一類新的材料,我們才剛剛開始了解它們是如何工作的。”

     

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