最新发现：高温下，氧原子竟会大大降低铁合金的强度
2017-08-03 11:12:18
作者：本网整理 来源：材料科技在线
该图显示了随着温度的升高，含氧（由红色三角形表示）和无氧（由黑色方块表示）的铁铬铪
纳米晶粒的稳定性模式。图片来源：Peiman Shahbeigi-Roodposhti。
康涅狄格大学的研究人员发现，一些纳米晶体材料中的还原氧可以在高温下提高其强度和耐久性。该结论在《合金与化合物》杂志（Journal of Alloys and Compounds）的一篇论文中报道，这意味着可以生产出更好的生物传感器、更快的喷气发动机和更大容量的半导体。
UConn材料科学研究所的博士后研究学者Peiman Shahbeigi-Roodposhti和此篇论文的主要作者说：“在高温下稳定纳米晶体是一个常见的挑战。在某些合金中，我们发现高含量的氧气可以显著降低其效率。”
通过在装有氩气的封闭手套箱中使用特殊的研磨工艺，UConn的科学家们与康涅狄格州立大学的研究人员共同开发出了铁铬和铁铪晶体，其氧含量可低至0.01％。这些几乎不含氧的合金粉末在高温和高应力水平下似乎比那些具有较高氧含量的商业产品更加稳定。
UConn生物医学工程助理教授，即本文的合作者Sina Shahbazmohamadi解释说：“本研究首次提出了最佳无氧纳米材料的各种表征技术，包括先进的象差校正透射电子显微镜，揭示了在高温下晶粒尺寸稳定性的显著提高。”
晶体尺寸稳定性对于寻求开发下一代先进材料的科学家而言至关重要。像复杂编织网的细链接一样，金属颗粒是制成的小固体。研究表明，在制造更强、更坚韧的金属时，使用纳米级金属颗粒效果会更好，这些金属更不易开裂、导电性更好，在高温和极端应力下更耐用。
技术的最新进展使得材料科学家能够在10nm的规模下开发纳米级金属颗粒。这种纳米晶体只能在非常强大的显微镜下才能观察到。
但这个过程并不完美。当一些纳米晶粒在像半导体等应用被大量生产时，其尺寸的稳定性会在更高的温度和压力下波动。正是在调查这种不稳定性的过程中，Shahbeigi-Roodposhti教授和UConn研究团队了解到，氧气在降低高温下纳米晶体的稳定性方面发挥了作用。
Shahbeigi-Roodposhti教授说：“这只是第一步，但这一调查方式最终可能导致开发更快的喷气发动机、更多的半导体产品和更多的高灵敏度生物传感器。”
展望未来，UConn的研究人员打算对其他合金就这一理论进行测试，以了解氧气的存在或不存在是否会影响其在高温下的性能。
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