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Aug 27, 2023

中国の「画期的な技術」により、低温でさまざまな金属との合金を製造できる

ktsimage/iStock 購読すると、利用規約とポリシーに同意したものとみなされます。いつでも購読を解除できます。 中国の武漢大学化学分子科学院の研究者

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中国の武漢大学化学分子科学院の研究者らは、従来の方法よりもはるかに低い温度で、多様な金属から合金を製造できるようにする材料科学における重要な「画期的な進歩」を達成した、とサウスチャイナ・モーニング・ポスト紙が報じた。報告。 この画期的な進歩には、金属ガリウムを混合物に加えること以外は何もありません。

青銅器時代以来、合金は私たちの文明の進歩に貢献してきました。 現代の合金の応用には、5 つ以上の金属元素で構成される高エントロピー合金 (HEA) の作成と製造が含まれます。

HEA は耐摩耗性が高く、航空宇宙、エネルギー変換と貯蔵、医療機器などの分野で応用されています。 ただし、HEA の作成は、最大 3,632 華氏 (摂氏 2,000 度) の温度を必要とするエネルギー集約的な作業です。 ただし、金属原子は非常に非適合性である可能性があるため、これはその形成を保証するものではありません。

HEA を製造する従来の方法では、構成要素を華氏約 3,000 度の温度に加熱し、混合する前に急速に冷却する必要がありました。 ただし、異なる性質や個性を持つ 5 人のグループと同じように、5 つの要素が互いに一致せず、合金が分裂する可能性があるため、このアプローチは毎回うまくいくわけではありません。

武漢大学のフー・レイ教授が率いる研究チームは、合金混合物にガリウムを添加すると、調製温度を華氏1,200度（摂氏650度）まで下げることができることを発見した。

ガリウムの融解温度はわずか 85 華氏 (摂氏約 30 度) です。 つまり、金属は手のひらで握るだけで溶けてしまいます。 しかし、研究者らはこれを合金調製における反応媒体および接着剤として使用し、いくつかの興味深い結果を発見しました。

科学の世界ではガリウムについて何世紀にもわたって知られており、その元の形に戻る能力は、ターミネーターのような映画の自己修復液体金属の SF にも影響を与えました。 しかし、フー氏と彼のチームが行った発見は、信じられないほど素晴らしいものでした。

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実際、この発見は2年前に行われましたが、科学的な査読が完了できなかったため公表されませんでした。 『ネイ​​チャー』などの雑誌の査読者でさえ、この発見は信じられないものだと考え、原稿を受け入れる前にプロセスのさらなる証拠を見たいと考えていました。

その後、チームは、根底にあるメカニズムをより厳密に説明するために、追加の実験と計算を実施しました。 また、このアプローチを使用して製造された合金は、従来の方法を使用して製造された合金と何ら変わらないこともわかりました。

研究者らは現在、ガリウムと適合性のある金属を加熱すると結晶質HEAナノ粒子が自発的に成長することを説明している。 また、従来のアプローチでは実現できなかったさまざまな金属との合金を合成することもできました。

中国の研究者が初めて材料科学を進歩させたのはこれが初めてではない。 最近、清華大学の別の研究者グループが、いつかソフトロボットに使用できる液体金属コーティングを実証しました。

高エントロピー合金ナノ粒子 (HEA-NP) は、機能性材料として大きな可能性を示しています 1,2,3。 しかし、これまでのところ、実現された高エントロピー合金は同様の元素のパレットに限定されており、さまざまな用途に向けた材料設計、特性の最適化、および機構の探索が大きく妨げられています4,5。 今回我々は、他の元素との負の混合エンタルピーを与える液体金属が安定した熱力学的条件を提供し、望ましい動的混合リザーバーとして機能する可能性があることを発見し、これにより穏やかな反応条件で多様な金属元素を含むHEA-NPの合成が実現できることを発見した。 含まれる元素の原子半径は広範囲 (1.24 ～ 1.97 Å) と融点 (303 ～ 3,683 K) です。 また、混合エンタルピーの調整により、ナノ粒子の精密な構造を実現しました。 さらに、リアルタイムの変換プロセス（つまり、液体金属から結晶質 HEA-NP へ）がその場で捕捉され、合金化プロセス中の動的な核分裂・融合挙動が確認されました。