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材料间纳米薄层可显著降低界面能 |
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有助于两种不同材料的稳固结合 |
据美国物理学家组织网近日报道，以色列理工学院的研究人员日前发现，材料间的纳米薄层具有一种介于固态和液态之间的独特性质，可显著降低两种不同材料之间的界面能，从而使它们更稳固地结合在一起。
研究人员称，在材料间发现地这种纳米薄层非传统的物质状态，因为它既不是液体也不是固态，而是介于两者之间，这种特性提升了不同材料界面间的粘度和稳定性，该研究为描述物质界面基本热力学特性的吉布斯（美国物理明升手机家、明升手机热力学奠基人）理论又增添了新的内容。
以色列理工学院材料工程系主任韦恩·卡普兰教授说，直到现在为止，还没有人能理解为什么会存在这样一个薄层，以及为什么它们能获得一个暂时的平衡状态。虽然目前人们已经知道在陶瓷晶体和冰的界面上存在这种薄层，但关于其存在的原因及其性质仍在讨论当中。
新的实验中，该研究小组使用新型的Titand电子显微镜聚焦离子束（FIB）作为研究工具。研究人员首先在蓝宝石表面镀上一层0.6微米厚的金，再将样品加热到两种物质达到平衡状态。而后将硅和钙添加到其中进行加热，当样品达到平衡状态后，钙和硅移动到金属金和蓝宝石中间的界面，并形成了一层1.2纳米厚的薄层。借助电子显微镜，研究人员成功观察到了在金属金和蓝宝石间存在的这种薄层，并通过实验证实了其具有降低界面能、提高稳定性的作用。
一系列实验证实，在金属和陶瓷材料间的这种薄层会降低界面能，使这两种此前很难结合在一起的材料稳固地连接在一起，并在一定程度上提高了这种复合材料的强度和韧性。
卡普兰教授说，该技术在现实中的应用包括生产金属产品的切削工具，复合材料刹车片，以及具有陶瓷涂层的喷气式飞机的发动机叶片。此外，它还有助于降低陶瓷材料在高温下的力学性能，影响晶体在多晶材料中的形态，有助于提高现代微型电子器件的稳定性。
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