| 在科幻片《终结者II》中,施瓦辛格掏出霰弹枪朝液态机器人射击,身体被打穿了数个大窟窿的液态机器人,却能恢复原形“满血复活”。如今科幻电影中的这一幕有可能成为现实。历时3年的研究,东南大学电子科学与工程学院孙立涛教授的研究团队,首次观察到10纳米以下的固态金属银颗粒在室温下的类液态行为,即在极小的纳米尺度下(小于10纳米),普通的固态金属无论如何受力形变,都可以恢复原形,兼具固体和液体特性。
发现:极小纳米尺度下,金属颗粒仿佛穿上“水膜”外衣 孙教授的研究团队通过透射电子显微镜,观察一个存储器元器件工作时的结构变化。成员们工作时不小心从一块金属电极上蹭下来一小块银金属颗粒。“试着直接挤压一下它,看看是什么情况?”在孙立涛的建议下,大家小心翼翼将这块金属颗粒进行了挤压和拉伸,但当撤去外力时,它又恢复了原状。这样的结果令他们大感意外。有了这次意外收获,团队决心有意识地在该领域做深入研究。经过上百次的实验,并请麻省理工学院合作人员通过计算机进行模拟获得支持数据,最终发现,在极小的纳米尺度下(小于10纳米),固态金属通过任何受力形变,是可以恢复原形的。 |
| “到了极小的纳米尺度,金属表面原子所占比重越来越大,其变形机制,也越来越受表层原子的运动影响。”孙教授解释道,“由于表层原子非常活跃,纳米金属就仿佛穿了一层‘水膜’一样的外衣,一旦受到外力,‘水膜’一样的外层原子就会先运动起来,这时的纳米金属就兼具了固体和液体的特性。纳米金属在挤压后,表层原子迅速移动,形成了新的表面层,而撤除挤压时,这层活跃的‘水膜’分子又会往上跑,直到把金属颗粒恢复原形。”这一发现是对经典金属塑性变形理论在纳米尺度下的一次重大修正和超越。 |
| 应用:可广泛用于电子器件、生物医疗、军事等领域
据了解,虽说《终结者》里庞大的液体金属机器人无法制造,纳米金属这种“无论如何扭曲挤压都会恢复原形”的特质,可以应用制造大变形无磨损的金属关节和记忆开关,在传感器和纳米机器人领域得到广泛应用。可折叠的手机屏幕、可贴在人皮肤上测量血压和心率的医用智能皮肤、微型侦察机器人等,往往不能经受长时间的变形而断裂,纳米金属颗粒的发现,将有可能制作出永不断裂的可折叠电子器件。 |
| 在极小的纳米尺度下固体金属可以恢复原形的塑性行为,被称作“赝弹性”。“就像一把双刃剑,赝弹性有着正反两方面的应用”。据团队研究人员介绍,当前随着半导体技术的发展,集成电路中金属互连线以及电极的特征尺寸正向10纳米逼近,作为基础框架的金属形态,无法像块体材料那样保持稳定性,金属导线将难以做成长条状,这无疑向现代集成电路产业提出了挑战。研究团队认为,要解决这一技术瓶颈,可在金属导线的表面镀一层氧化膜,或者掺杂一些其他原子,使其表面活跃的原子“凝固”,未来就有望制造出元器件和芯片更小、运算速度更快的电子计算机。 |
以下企业将优先亮相于2015年电子和化工材料主题展区: |