传统冶金为了使金属变硬，会对其用各种方式施加外力，比如就像铁匠铺敲敲打打一样。现代科学早已揭开奥秘，这是为了分解金属内部晶体结构，使晶粒分解变小，晶粒越小，金属制品就会越坚硬。

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.12.026

近日，布朗大学的一组研究人员发现了一种自下而上定制金属颗粒结构的方法，并以“Bulk Grain-Boundary Materials from Nanocrystals”为题发表在Chem（化学）期刊，该发现展示了一种将单个金属纳米团粉碎在一起形成固体宏观尺度大块固体金属的方法，这样制备出来的金属部件经过测试表明，其硬度是原来的四倍！

研究小组用金、银、钯和其他金属的纳米颗粒制造金属“硬币”

（图片来源：布朗大学）

“锤击和其他硬化方法都是自上而下改变晶粒结构的方法，很难控制最终得到的晶粒尺寸，”布朗大学化学助理教授、这项新研究的通讯作者欧晨（音译）说，“我们所做的是制造出纳米颗粒积木，当你挤压它们时，它们会融合在一起。通过这种方式，我们可以获得均匀的晶粒尺寸，可以精确地调整以增强性能。”

在这项研究中，研究人员使用金、银、钯和其他金属的纳米颗粒制造厘米级的“硬币”。这种尺寸的产品可用于制造高性能涂层材料、电极或热电发电机（将热通量转化为电能的装置）。但研究人员认为，这种工艺可以很容易地扩大规模，以制造超硬金属涂层或更大的工业组件。

据介绍，这一过程的关键是对纳米颗粒构建块进行化学处理。金属纳米颗粒通常被称为配体的有机分子所覆盖，这些有机分子通常阻止粒子之间形成金属键。只有去除这些配体有机物，才能让金属纳米颗粒团簇融合到一起。

该项目负责人陈（音译）介绍，理论上，这种技术可以用来制造任何一种金属。事实上，陈和他的团队展示了他们可以制造一种奇特的金属形式，称为金属玻璃。金属玻璃是无定形的，这意味着它们缺乏正常金属的规则重复结晶结构。这就产生了显著的特性。与传统金属相比，金属玻璃更容易模压成型，强度更大，抗裂性更强，在低温下表现出超导电性。“用单一成分制造金属玻璃是出了名的困难，所以大多数金属玻璃都是合金”，但我们能够从无定形钯纳米颗粒开始，利用我们的技术制造钯金属玻璃。”

陈说，他希望有一天这项技术能广泛应用于商业产品。对纳米团簇的化学处理相当简单，用于将它们挤压在一起的压力完全在标准工业设备的范围内。陈已经申请了这项技术的专利，并希望继续研究。“我们认为这里有很大的潜力，无论是对工业界还是对科研界来说。”

编译 YUXI