最新發現：高溫下，氧原子竟會大大降低鐵合金的強度
2017-08-03 11:12:18
作者：本網整理 來源：材料科技在線
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該圖顯示了隨著溫度的升高，含氧（由紅色三角形表示）和無氧（由黑色方塊表示）的鐵鉻鉿
納米晶粒的穩定性模式。圖片來源：Peiman Shahbeigi-Roodposhti。
康涅狄格大學的研究人員發現，一些納米晶體材料中的還原氧可以在高溫下提高其強度和耐久性。該結論在《合金與化合物》雜志（Journal of Alloys and Compounds）的一篇論文中報道，這意味著可以生產出更好的生物傳感器、更快的噴氣發動機和更大容量的半導體。
UConn材料科學研究所的博士后研究學者Peiman Shahbeigi-Roodposhti和此篇論文的主要作者說：“在高溫下穩定納米晶體是一個常見的挑戰。在某些合金中，我們發現高含量的氧氣可以顯著降低其效率。”
通過在裝有氬氣的封閉手套箱中使用特殊的研磨工藝，UConn的科學家們與康涅狄格州立大學的研究人員共同開發出了鐵鉻和鐵鉿晶體，其氧含量可低至0.01％。這些幾乎不含氧的合金粉末在高溫和高應力水平下似乎比那些具有較高氧含量的商業產品更加穩定。
UConn生物醫學工程助理教授，即本文的合作者Sina Shahbazmohamadi解釋說：“本研究首次提出了最佳無氧納米材料的各種表征技術，包括先進的象差校正透射電子顯微鏡，揭示了在高溫下晶粒尺寸穩定性的顯著提高。”
晶體尺寸穩定性對于尋求開發下一代先進材料的科學家而言至關重要。像復雜編織網的細鏈接一樣，金屬顆粒是制成的小固體。研究表明，在制造更強、更堅韌的金屬時，使用納米級金屬顆粒效果會更好，這些金屬更不易開裂、導電性更好，在高溫和極端應力下更耐用。
技術的最新進展使得材料科學家能夠在10nm的規模下開發納米級金屬顆粒。這種納米晶體只能在非常強大的顯微鏡下才能觀察到。
但這個過程并不完美。當一些納米晶粒在像半導體等應用被大量生產時，其尺寸的穩定性會在更高的溫度和壓力下波動。正是在調查這種不穩定性的過程中，Shahbeigi-Roodposhti教授和UConn研究團隊了解到，氧氣在降低高溫下納米晶體的穩定性方面發揮了作用。
Shahbeigi-Roodposhti教授說：“這只是第一步，但這一調查方式最終可能導致開發更快的噴氣發動機、更多的半導體產品和更多的高靈敏度生物傳感器。”
展望未來，UConn的研究人員打算對其他合金就這一理論進行測試，以了解氧氣的存在或不存在是否會影響其在高溫下的性能。
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