中高熵合金單原子3D圖首次創(chuàng)建
發(fā)布時(shí)間：2023年12月25日
來源：科技日報(bào)
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美國加州大學(xué)洛杉磯分校研究人員使用先進(jìn)的成像技術(shù)，首次繪制了中熵和高熵合金的單個(gè)原子的三維（3D）圖。相關(guān)論文20日發(fā)表在《自然》雜志上。
在應(yīng)用合金時(shí)，工程師面臨著一個(gè)常見的權(quán)衡取舍：堅(jiān)硬的合金往往會(huì)變脆并在壓力下破裂，而那些在壓力下柔軟的合金往往容易凹陷。大約20年前，研究人員首次開發(fā)出中熵和高熵合金，很好地結(jié)合了硬度和柔韌性。
中熵合金是由3種或4種金屬元素以大致等比例混合組成的合金；高熵合金以同樣的方式結(jié)合了5種或5種以上的金屬。研究人員觀察到一種被稱為孿晶邊界的結(jié)構(gòu)缺陷，它被認(rèn)為是中、高熵合金韌性和靈活性獨(dú)特組合的關(guān)鍵因素。當(dāng)應(yīng)變導(dǎo)致晶體基質(zhì)的一部分對角彎曲，而其周圍的原子保持原始構(gòu)型，在邊界兩側(cè)形成鏡像時(shí)，就會(huì)形成孿晶。
研究人員使用了一系列金屬來制造納米顆粒。6個(gè)中熵合金納米顆粒結(jié)合了鎳、鈀和鉑。4個(gè)高熵合金納米顆粒結(jié)合了鈷、鎳、釕、銠、鈀、銀、銥和鉑。他們在百分之五秒內(nèi)、逾1093℃的溫度下將金屬液化，并將冷卻時(shí)間縮短了10倍。這一過程中，10個(gè)納米顆粒中有6個(gè)誘導(dǎo)出1個(gè)孿晶邊界，另外4個(gè)納米顆粒誘導(dǎo)出2個(gè)孿晶邊界。
通過繪制中熵和高熵合金納米顆粒中的每個(gè)原子的圖譜，團(tuán)隊(duì)觀察到，不同元素的原子混合越多，合金的結(jié)構(gòu)就越有可能發(fā)生變化，從而形成不同的韌性和靈活性。這些發(fā)現(xiàn)可為設(shè)計(jì)出具有更高耐用性的中熵和高熵合金提供信息，甚至可通過設(shè)計(jì)某些元素的混合物來釋放目前在鋼和其他傳統(tǒng)合金中未見的潛在特性。