Новый процесс производства позволяет ученым формовать металл в наномасштабе

Серебряные наностержни, изготовленные с помощью термомеханического формования, имеют размер от (слева направо) 0,57 миллиметра, 10 микрометров, 375 нанометров и 36 нанометров.

Многочисленные металлы и сплавы были бы идеальными для конкретных наноразмерных приложений — от солнечной энергии до микроэлектроники, — но точное формование металлов в такие миниатюрные формы оказалось сложной задачей. Однако исследователи разработали процесс, который позволяет производителям практически формировать любой металл и сплав и воспроизводить даже мельчайшие детали.

Лаборатории Яна Шрёрса, профессора машиностроения и материаловедения в Йельском университете, и профессора Цзэ Лю из Уханьского университета в Китае разработали метод, который они называют термомеханическим нанолформованием, который позволяет им формовать кристаллические металлы в формы диаметром всего несколько нанометров. По словам исследователей, этот прорыв может привести к появлению новых технологий в таких областях, как датчики, батареи, катализ, биоматериалы и квантовые материалы.

«Это действительно новый способ нанопроизводства», — сказал Шроерс. «Сегодняшнее нанопроизводство опирается на несколько материалов, которые могут быть изготовлены очень точно для конкретного материала. Но наше открытие предлагает один метод для всех металлов и сплавов: он позволяет нам изготавливать практически каждый металл и его комбинацию в периодической таблице предсказуемым и точным образом с наноразмерными элементами».

По словам исследователей, формование кристаллических металлов, которые включают большинство металлов в твердом состоянии, обычно представляет собой проблему для производителей. Насколько пластичен материал, обычно зависит от его «текучести», то есть от того, насколько легко он течет при определенных условиях. Текучесть высока у термопластов, гелей и стекол, но большинство металлов слишком твердые в твердом состоянии и слишком текучие в жидком состоянии для формования с использованием традиционных технологий в наномасштабе.

Но применяя атомную диффузию, при которой изменение давления переносит атомы, исследовательская группа обнаружила, что они не только могут эффективно формовать кристаллические металлы, но и уменьшение размера формы на самом деле упрощает процесс. В результате они смогли создать очень длинные детали диаметром около 10 нанометров — в 8000 раз меньше человеческого волоса — которые раньше было невозможно сделать.

По словам исследователей, поскольку механизм диффузии присутствует во всех металлах и сплавах, теоретически этот процесс можно использовать повсеместно. Чтобы протестировать широкий спектр применений, исследователи попробовали литье золота, никеля, ванадия, железа и многих сплавов. В любом случае они могли легко изготовить очень маленькие наностержни.

Источник

Метки: металл