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轻盈如空气的金属泡沫问世,蚊子都能扛起来

来源:陕西科技报 | 日期:2019-06-11
       
(蚊子站在棉纤维上,背负着超低密度金气凝胶样品。)
       金、银和铜等都是重金属,但美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员却让它们变得像空气一样“轻盈”:甚至蚊子也能轻而易举地扛起它们。
       phys.org网站6月4日报道,这一开创性的研究促成了超低密度基于纳米线的金属泡沫诞生,制造了金属泡沫,该材料可能激发出多方面的应用,使物理学家们能在NIF的核武器储备管理任务中更好地使用X-射线源。
       实验室定向研究和发展项目首席研究员、材料学家Michael Bagge-Hansen说:“我们关注的是基础科学问题。这些问题对于如何合成、组装基于纳米线的金属气凝胶至关重要。”
       虽然这种材料被称为“泡沫材料”,但它并不是真的泡沫。它是由随机连接的纳米线组成的意大利面状网络结构。这个貌似迷你棉花糖的材料,含有的原子甚至可能比空气更少。
       LLNL材料科学部门研究人员Tyler Fears解释了科学家们寻找各种超低密度金属的原因:它们可以为科学家们探索极端条件下材料在NIF的192-高能激光照射下的情况奠定基础。当元素被激光加热至等离子体时,会发出特定的X射线。金属泡沫可以作为模拟气体用于实验研究。然而,激光驱动的X-射线源的基本物理特性对金属泡沫的类型、密度和形状等要求颇高。
        Fears说:“我们不仅需要使重金属的密度与空气接近,还需要样品的大小满足特定的尺寸要求。”此外,研究人员还必须确保样品的制造具有可重复性。
        Kucheyev补充说,金属泡沫的研究可以追溯到大约10年前,但一直到最近几年,研究人员才取得了突破性的进展。他说:“之前的一些样品要么在实验前就在空气中老化了,要么稳定性较差。理想的样品似乎遥不可及。”
        研究人员还尝试了使用其他类型的低密度材料来作为特定金属的骨架结构。但当激光照射到外骨架时,会产生大量不必要的X射线,这对科学家的实验造成了很大的干扰。因此,为了保证X射线光谱的纯净,研究人员不得不考虑直接用金属制造金属丝结构。
       材料科学家Fang Qian说:“我们面临的最大挑战来了。前人对这方面的研究非常少,这意味着我们必须进行大量的实验和基础研究。但最终,我们找到了这个独特的‘配方’。现阶段,MSD已经可以进行金属纳米线等纳米材料的快速开发,并能实现原料的克级再生。”
       目前,研究人员已经能制造出铜和银泡沫,其中银泡沫在NIF的实验中表现良好。研究人员也能制造出金泡沫,但它会在激光照射下部分解体。Fears说:“这是我们需要继续攻克的挑战。” (雷鑫宇)
作者:雷鑫宇 | 责任编辑 | 丹若
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