News – GB – Une nouvelle technique construit des métaux super durs à partir de nanoparticules

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23 janvier 2021

par Kevin Stacey, Université Brown

Les métallurgistes ont toutes sortes de façons de rendre un morceau de métal plus dur Ils peuvent le plier, le tordre, le faire passer entre deux rouleaux ou le marteler avec un marteau Ces méthodes fonctionnent en brisant la structure des grains du métal – les domaines cristallins microscopiques qui forment un morceau de métal en vrac Des grains plus petits donnent des métaux plus durs

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Aujourd’hui, un groupe de chercheurs de l’Université Brown a trouvé un moyen de personnaliser les structures de grains métalliques de bas en haut Dans un article publié dans la revue Chem, les chercheurs montrent une méthode pour briser des nanoparticules métalliques individuelles ensemble pour former des morceaux solides à macro-échelle de métal solide. Les tests mécaniques des métaux fabriqués à l’aide de la technique ont montré qu’ils étaient jusqu’à quatre fois plus durs que les structures métalliques naturelles.

“Le martelage et d’autres méthodes de durcissement sont tous des moyens descendants de modifier la structure des grains, et il est très difficile de contrôler la taille des grains avec laquelle vous vous retrouvez”, a déclaré Ou Chen, professeur adjoint de chimie à Brown et auteur correspondant de la nouvelle recherche “Ce que nous avons fait, c’est créer des blocs de construction de nanoparticules qui fusionnent lorsque vous les serrez De cette façon, nous pouvons avoir des tailles de grain uniformes qui peuvent être ajustées avec précision pour des propriétés améliorées”

Pour cette étude, les chercheurs ont fabriqué des «pièces» à l’échelle du centimètre en utilisant des nanoparticules d’or, d’argent, de palladium et d’autres métaux Des articles de cette taille pourraient être utiles pour fabriquer des matériaux de revêtement haute performance, des électrodes ou des générateurs thermoélectriques (dispositifs qui convertissent les flux de chaleur en électricité) Mais les chercheurs pensent que le processus pourrait facilement être étendu pour fabriquer des revêtements en métal très dur ou des composants industriels plus grands.

La clé du processus, dit Chen, est le traitement chimique donné aux blocs de construction des nanoparticules Les nanoparticules métalliques sont généralement recouvertes de molécules organiques appelées ligands, qui empêchent généralement la formation de liaisons métal-métal entre les particules Chen et son équipe ont trouvé un moyen d’éliminer chimiquement ces ligands, permettant aux grappes de fusionner avec juste un peu de pression

Les pièces de métal fabriquées avec cette technique étaient nettement plus dures que le métal standard, selon la recherche Les pièces d’or, par exemple, étaient deux à quatre fois plus dures que la normale D’autres propriétés comme la conduction électrique et la réflectance de la lumière étaient pratiquement identiques aux métaux standard, ont découvert les chercheurs.

Les propriétés optiques des pièces d’or étaient fascinantes, dit Chen, car il y avait un changement de couleur dramatique lorsque les nanoparticules étaient compressées en métal en vrac

“En raison de ce qu’on appelle l’effet plasmonique, les nanoparticules d’or sont en fait de couleur noir violacé”, a déclaré Chen “Mais lorsque nous appliquons une pression, nous voyons ces grappes violacées se transformer soudainement en une couleur or brillant C’est l’une des façons dont nous savions que nous avions effectivement formé de l’or en vrac”

En théorie, dit Chen, la technique pourrait être utilisée pour fabriquer tout type de métal En fait, Chen et son équipe ont montré qu’ils pouvaient fabriquer une forme exotique de métal connue sous le nom de verre métallique. Les verres métalliques sont amorphes, ce qui signifie qu’ils n’ont pas la structure cristalline qui se répète régulièrement des métaux normaux Cela donne lieu à des propriétés remarquables Les verres métalliques sont plus faciles à mouler que les métaux traditionnels, peuvent être beaucoup plus solides et plus résistants aux fissures et présentent une supraconductivité à basses températures

“Fabriquer du verre métallique à partir d’un seul composant est notoirement difficile à faire, donc la plupart des verres métalliques sont des alliages”, a déclaré Chen «Mais nous avons pu commencer avec des nanoparticules de palladium amorphes et utiliser notre technique pour fabriquer un verre métallique au palladium”

Chen dit qu’il espère que la technique pourra un jour être largement utilisée pour les produits commerciaux Le traitement chimique utilisé sur les nanoclusters est assez simple, et les pressions utilisées pour les presser ensemble sont bien dans la gamme des équipements industriels standard. Chen a breveté la technique et espère continuer à l’étudier

“Nous pensons qu’il y a un grand potentiel ici, à la fois pour l’industrie et pour la communauté de la recherche scientifique”, a déclaré Chen

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Nanoparticule, Chimie