显微细化产生超强金属

实验表明，在具有小于3纳米的晶粒直径的镍样品中，在高压下，样品的强度仍然随着较小的晶粒尺寸而增加。

你看不到他们，但大多数围绕你的金属 - 硬币，银器，甚至是钢梁，仍然是由微小的金属颗粒组成的钢梁。在强大的足够强大的显微镜下，您可以看到看起来像花岗岩台面的互锁晶体。

它长期以来，材料科学家们所知，金属变得更强大，因为谷物的规模化妆金属变小 - 直到一点。如果晶粒直径小于10纳米，则材料较弱，因为它被认为是，它们像沙子一样滑过彼此滑动。金属的强度有极限。

但是，由犹他​​大学博士后学者划分的实验，现在在普林斯顿大学，地质洛厄尔宫城副教授，并在中国上海的高压科技高压科技先进研究中心，表明这并不总是如此案例 - 在镍晶圆的样品中，小于3纳米，在高压下，样品的强度继续随粒径较小的粒径。

结果，周和宫古所说，是对金属谷物且彼此相互作用的唯一原子的新理解，以及使用这些物理来实现超强金属的方法。他们的学习与加州大学伯克利和中国大学的同事开展，于2020年2月24日出版。

“我们的结果表明，制造超空金属的可能策略，”周说。“过去，研究人员认为最强大的粒度约为10-15纳米。但现在我们发现我们可以在10纳米以下制作更强的金属。“

推过去的霍尔 - PACH

对于大多数金属物体来说，Miyagi说，金属晶粒的尺寸是大约几到几百微米 - 关于人发的直径。“高端餐具通常会有更好，更均匀，谷物结构，可以让您获得更好的优势，”他说。

先前理解的金属强度与晶粒尺寸之间的关系被称为霍尔 - 兼容关系。根据霍尔铺平，金属强度随着晶粒尺寸减小而增加，下降至10-15纳米的限制。这是只有大约四到六股DNA的直径。谷物尺寸下方的极限并不强烈。因此，为了最大限度地提高力量，冶金学家将旨在实现最小的有效粒度。

菌株3纳米粒大小镍的模拟。彩色线条表示部分或全谷物脱位。

“谷物规模改进是一种提高力量的良好方法，”周说。“所以过去的是，在过去，发现这种谷物规模的细化方法不再是临界粒度的工作。”

对10纳米以下弱化的解释与晶粒表面相互作用的方式有关。Miyagi说，谷物表面具有不同的原子结构，而不是内部。只要晶粒通过摩擦力保持在一起，金属将保持强度。但是，在小粒尺寸下，据思绪，谷物将简单地在应变下彼此滑移，导致弱金属。

技术限制以前阻止了对纳米人的直接实验，限制了纳米级谷物的表现如何以及在大厅 - Petch限制下方是否有未开发强度。“所以我们设计了我们的研究来测量纳米的力量，”周说。

在压力之下

研究人员测试了镍的样品，该材料在各种纳米尺寸范围内可用，下降到三纳米。他们的实验涉及在金刚石砧座细胞中的强烈压力下放置各种晶粒尺寸的样品，并使用X射线衍射观察每个样品中的纳米级发生的内容。

“如果你曾经和春天一起玩过，那么你可能会努力地拉扯它，以便毁了它，以便它没有做到它应该做的事情，”宫城说。“这基本上是我们在这里测量的;我们如何推动这款镍，直到我们将其变形超过它能够恢复的程度。“

力量继续向下增加至最小粒度。3nm样品用4.2种千兆卡帕的力（大致相同的力量为10磅，大象在单个高跟鞋上平衡），在不可逆地变形之前。这比商业级晶粒尺寸强的十倍。

Miyagi说，并不是说大厅 - Petch关系破坏了，但在实验条件下，谷物互动的方式不同。高压可能会克服颗粒滑动效果。

“如果你真的把两个谷物推在一起，”他说：“他们很难互相滑移，因为谷物之间的摩擦变大，你可以抑制这些晶界滑动机制，结果是这种弱化。 “

当在低于20nm的晶粒尺寸下抑制晶界滑动时，研究人员观察到一种新的原子尺度变形机制，导致最优质的颗粒样品极度强化。

超空间可能性

周表示，这项研究的一个进展是他们的方法，以便以之前尚未完成的方式测量纳米级的材料的强度。

宫城表示另一个进步是一种思考加强金属的新方法，通过工程谷物表面来抑制粮食滑动。

“我们没有许多应用，工业，压力在这些实验中的压力高，但通过表示压力是抑制晶界变形的一种方式，我们可以考虑抑制它的其他策略，也许使用复杂的微观结构你有谷物形状，抑制谷物的滑动彼此。“

参考：“高压加强超细矿石金属”由小榄周，宗强冯，林丽朱，加宁徐，洛厄尔·宫城，洪良洞，洪威盛，延江王，泉丽，陈明马，恒中张，金源燕，无玉米燕，马丁·昆兹，凯蒂卢克，天林黄，达西A.休斯，小豆黄和斌陈，2020年2月24日，Nature.doi：
10.1038 / s41586-020-2036-z