納米金屬的案例
金屬所《Science》子刊：輕質(zhì)高強(qiáng)度高穩(wěn)定的無裂紋納米多孔鋁！
通過脫合金制備的納米多孔金屬在各種功能應(yīng)用中受到廣泛關(guān)注。在脫合金期間，反應(yīng)性元素被選擇性溶解，剩余的反應(yīng)性較低的元素自行組織成均勻的納米多孔結(jié)構(gòu)。脫合金納米多孔結(jié)構(gòu)代表了一種新型的自組織強(qiáng)而輕的材料。納米多孔金屬通常表現(xiàn)出高強(qiáng)度但熱穩(wěn)定性差。由于大量過剩的表面能，納米多孔金屬（如金）即使在環(huán)境溫度下也易于粗化。如何降低納米多孔金屬的密度并提高其穩(wěn)定性，成為發(fā)展輕質(zhì)高強(qiáng)多功能納米多孔金屬材料的關(guān)鍵。
此外，鋁的反應(yīng)性如此之高，以至于納米多孔鋁的合成通常涉及非水溶液，例如離子液體 ，其中脫合金很慢。用于合成納米多孔鋁的合適的前體合金也受到限制。目前，納米多孔 Al 只能從 Mg-Al 合金中脫合金，因?yàn)?Mg 是少數(shù)比 Al 反應(yīng)性更強(qiáng)的元素之一，可以與 Al 形成合金形成前體合金。直接脫合金的 Mg-Al 合金可以生成結(jié)構(gòu)非常精細(xì)的納米多孔鋁（韌帶尺寸為 10 到 20 nm），但是由于鋁韌帶的快速氧化，它在大氣中可燃。
最近，金屬所金海軍團(tuán)隊(duì)提出在金屬鋁中構(gòu)筑納米多孔結(jié)構(gòu)，利用輕金屬鋁作為骨架降低納米多孔金屬密度，同時利用鋁表面自發(fā)形成的極薄氧化膜可抑制表面擴(kuò)散，提高材料熱穩(wěn)定性。最終研究人員將脫合金腐蝕與置換反應(yīng)（GRR）相結(jié)合制備出了無裂紋的納米多孔鋁樣品，相關(guān)研究成果以“Light, strong, and stable nanoporous aluminum with native oxide shell”為題近日發(fā)表于Science Advances。
展開 武漢大學(xué)合作實(shí)現(xiàn)金屬納米晶芯片高速打印！
論文題為“Nanoscale Laser Metallurgy and Patterning in Air Using MOFs” （《空氣環(huán)境下基于MOF的納米金屬激光冶煉及圖案化》），被選為當(dāng)期雜志封面，博士后江浩慶為論文的第一作者。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.9b00355
金屬納米晶粒是制備光電子器件的重要原料。但金屬納米晶粒活性高、極易被氧化，制備過程往往需要溶液、真空或惰性氣氛保護(hù)，因此制造工藝復(fù)雜，難以大規(guī)模應(yīng)用。化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院鄧鶴翔教授與工業(yè)科學(xué)研究院程佳瑞教授團(tuán)隊(duì)合作，采用金屬有機(jī)框架材料（Metal-organic Framework, MOF）作為原料，利用激光成功制備了顆粒大小均一的金屬納米晶粒。通過程序控制激光的開閉和光斑的移動實(shí)現(xiàn)了圖案的制備，僅數(shù)十秒即可打印出由金屬納米晶粒構(gòu)成的晶圓級別大小的芯片，整個過程完全在空氣中進(jìn)行，所需激光功率不到5瓦，非常適合規(guī)模化生產(chǎn)。
激光照射金屬有機(jī)框架材料（MOF）產(chǎn)生金屬納米晶粒及芯片打印
MOF由金屬與含碳有機(jī)配體構(gòu)筑。目前大部分研究集中在MOF中有機(jī)成分上，而結(jié)構(gòu)中豐富的金屬離子尚未充分利用。此項(xiàng)工作提出了激光納米金屬冶煉及圖案化方法（Nanoscale Laser Metallurgy and Patterning, 簡稱nano-LaMP）：以MOF為原料實(shí)現(xiàn)了空氣環(huán)境下的金屬納米顆粒制備和同步圖案打印。在反應(yīng)過程中，MOF晶體內(nèi)有序排列的金屬離子和有機(jī)配體分別作為金屬源和還原劑。納秒脈沖激光器則負(fù)責(zé)將能量精準(zhǔn)地投送到指定位置，為金屬還原提供能量。
展開 ：增材制造新工藝打印金屬納米結(jié)構(gòu)
【引言】
增材制造是一種能將各種材料逐層制造成三維結(jié)構(gòu)的工藝，其中金屬增材制造工藝徹底改變了航空航天、汽車和醫(yī)療應(yīng)用中復(fù)雜零件的生產(chǎn)。然而目前增材制造工藝分辨率僅為20-50μm，嚴(yán)重限制了納米級復(fù)雜3D結(jié)構(gòu)金屬器件的生產(chǎn)。而納米級金屬具有特殊的性能，因此需開發(fā)一種制造具有宏觀總體尺寸和微觀亞微米3D金屬結(jié)構(gòu)的工藝。目前等離子沉積和電子束自由成形制造之類的基于線和細(xì)絲的工藝可以生產(chǎn)毫米尺寸的器件，選擇性激光熔化（SLM）和激光工程網(wǎng)狀成形等基于粉末的工藝可將最小特征尺寸限制在20μm左右，局部電鍍或金屬離子還原方法可非常緩慢的制造分辨率小于500nm的結(jié)構(gòu)，電化學(xué)制造（EFAB）允許制造分辨率為10μm的結(jié)構(gòu)，但限于層厚4μm，總高度為25-50層的結(jié)構(gòu)。
【成果簡介】
近日，美國加州理工學(xué)院Julia R. Greer（通訊作者）在Nat.Commun.上發(fā)表了一篇題為“Additive manufacturing of 3D nano-architected metals”的文章。該團(tuán)隊(duì)通過合成含有鎳聚合物的雜化有機(jī) - 無機(jī)材料，并用其制造光刻膠，利用雙光子光刻技術(shù)（TPL）以及熱解制造了分辨率為25-100納米的復(fù)雜三維金屬幾何圖形。該過程容易且可重復(fù)，為創(chuàng)建具有納米尺度分辨率的復(fù)雜三維金屬結(jié)構(gòu)提供了有效的途徑。
【圖文解讀】
圖一 納米金屬增材制造工藝和樣品的SEM表征
(a) 配體交換反應(yīng)用于合成金屬前驅(qū)體；
(b) 混合金屬前驅(qū)體，丙烯酸樹脂和光引發(fā)劑以形成富含金屬的光刻膠；
(c) TPL工藝示意圖；
(d) 金屬聚合物制備；
(e) 熱解去除有機(jī)物并將聚合物轉(zhuǎn)變?yōu)?em>金屬；
(f-j) 代表性的SEM圖像。
展開 分子動力學(xué)模擬微觀結(jié)構(gòu)對金屬納米玻璃塑性變形行為的影響
【引言】
金屬納米玻璃是納米尺度上玻璃態(tài)材料。納米玻璃顆粒冷壓實(shí)后，可以獲得玻璃-玻璃界面連接形成的金屬納米玻璃。最近，計算機(jī)模擬和能量色散X射線光譜方法證明，晶粒內(nèi)部和界面之間存在成分梯度。金屬納米玻璃性質(zhì)與玻璃-玻璃界面密切相關(guān)，但是結(jié)構(gòu)無序和界面寬度窄，加劇了研究難度。模擬金屬納米玻璃的變形機(jī)理發(fā)現(xiàn)，晶粒尺寸影響塑性響應(yīng)，結(jié)構(gòu)從非定域變形到剪切帶的過渡。玻璃-玻璃界面的缺陷短程有序充當(dāng)了剪切轉(zhuǎn)變區(qū)的成核位點(diǎn)。在納米玻璃制備方面，即顆粒的惰性氣體冷凝和冷壓實(shí)，預(yù)測玻璃-玻璃界面中的缺陷短程有序也受到了變形過程的影響。本文通過分子動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，玻璃狀顆粒固結(jié)后，納米玻璃界面是接觸區(qū)域中拓?fù)洳黄ヅ浜图羟羞^程，這種粒子衍生模型明顯不同于現(xiàn)有的體相衍生微觀結(jié)構(gòu)模型。本文也分析了金屬納米玻璃的整體變形行為與微觀結(jié)構(gòu)和界面特性的相關(guān)性。
【成果簡介】
近日，德國達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)的Omar Adjaoud（通訊）作者等人，采用分子動力學(xué)模擬方法，研究了微觀結(jié)構(gòu)對Cu64Zr36納米玻璃塑性變形行為的影響。分析了兩種制備納米玻璃的方法：一種是化學(xué)均勻和不均勻的納米顆粒冷壓獲得的納米玻璃；另一種是體相衍生的多面體組裝而成的納米玻璃。對兩種類型的微結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，顆粒衍生的納米玻璃的界面體積分?jǐn)?shù)明顯高于體相衍生的納米玻璃的界面體積分?jǐn)?shù)。兩種玻璃的單軸載荷具有不同的塑性響應(yīng)：顆粒衍生的樣品在屈服時，沒有應(yīng)力下降，應(yīng)變局部化非常小和沒有應(yīng)變軟化；大塊衍生的樣品出現(xiàn)應(yīng)力下降，應(yīng)變軟化和大的局部應(yīng)變。這與兩種玻璃的玻璃-玻璃界面結(jié)構(gòu)的不同類型有關(guān)。因此，金屬納米玻璃的宏觀變形行為與玻璃-玻璃界面結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)密切相關(guān)，而玻璃-玻璃界面的結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又與加工工藝有關(guān)。
展開 
中國科大《Nature》子刊：高溫下碳基硫摻雜的金屬納米團(tuán)簇！
因此，在過去的十年中，人們投入了大量的精力，來開發(fā)不同的物理和化學(xué)方法，來抑制金屬納米團(tuán)簇在高溫下的燒結(jié)。最常用的方法是在納米尺度上精心調(diào)整金屬和支架的空間排列，以構(gòu)建防止燒結(jié)的物理屏障，例如，通過在介孔二氧化硅和碳載體的通道中，填充金屬納米團(tuán)簇來最大化粒子間的間距，以及將金屬納米團(tuán)簇包裹在多孔的納米殼層中。雖然這些方法在概念上是有效的，但可能會導(dǎo)致活性表面積的減少和傳質(zhì)阻力的增加，從而大大降低催化劑的整體性能。近年來，一些納米結(jié)構(gòu)的金屬氧化物載體，已被證明能夠在氧化氣氛下，通過金屬載體鍵合(例如Pt/CeO2催化劑中的Pt-O-Ce鍵合)來穩(wěn)定金屬物種。
在這里，研究者證明，硫是金屬催化劑的傳統(tǒng)有毒試劑，當(dāng)摻雜在碳基體中時，可以有效地穩(wěn)定~1納米金屬納米團(tuán)簇(Pt、Ru、Rh、Os和Ir)，在高達(dá)700℃的高溫還原氣氛下抗熱燒結(jié)。光譜表征和密度泛函理論(DFT)計算表明，金屬/硫摻雜碳(S-C)界面的黏附強(qiáng)度增強(qiáng)，這是由于金屬-硫的強(qiáng)熱穩(wěn)定鍵，通過抑制金屬原子擴(kuò)散(OR路徑)和納米顆粒遷移(PMC路徑)，大大抑制了金屬納米團(tuán)簇的燒結(jié)動力學(xué)。此外，所制備的鉑納米團(tuán)簇催化劑在550℃丙烷脫氫(PDH)制丙烯的高溫反應(yīng)中表現(xiàn)出高活性、選擇性和長反應(yīng)壽命，證明了金屬納米團(tuán)簇催化劑在現(xiàn)實(shí)技術(shù)條件下在工業(yè)催化方面的應(yīng)用潛力。
圖1 硫穩(wěn)定方法示意圖。
圖2 燒結(jié)試驗(yàn)。
圖3 光譜特征。
圖4 納米粒子擴(kuò)散與原子逃逸的理論研究。
圖5 高溫PDH的催化性能。
圖6 丙烯選擇性的實(shí)驗(yàn)和理論解釋。
綜上所述，研究表明，硫穩(wěn)定策略的可行性，可用于生產(chǎn)~1 nm金屬簇催化劑的工業(yè)相關(guān)催化。
展開 中國科大揭示金屬納米催化劑尺寸效應(yīng)
金屬納米顆粒的尺寸效應(yīng)對負(fù)載型金屬納米材料的催化活性和選擇性有重要影響。從幾何結(jié)構(gòu)上看，隨著金屬顆粒尺寸的減小，低配位原子逐步暴露且比例漸漸升高，顯著改變催化材料活性中心的結(jié)構(gòu)和比例。從電子結(jié)構(gòu)上看，金屬顆粒的電子能級也因量子尺寸效應(yīng)發(fā)生顯著改變，極大地影響催化材料和反應(yīng)物之間的軌道雜化和電荷轉(zhuǎn)移。由于金屬納米催化顆粒的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)隨其尺寸同步改變，使得人們無法有效區(qū)分兩種結(jié)構(gòu)效應(yīng)對催化反應(yīng)活性、選擇性的貢獻(xiàn)以及對尺寸的依賴關(guān)系。如何揭示金屬催化劑尺寸效應(yīng)的內(nèi)在本質(zhì)，打破幾何結(jié)構(gòu)效應(yīng)和電子結(jié)構(gòu)效應(yīng)與顆粒尺寸的強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計性能更好的催化劑，是目前多相催化領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。
針對這一問題，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授路軍嶺課題組和李微雪課題組展開實(shí)驗(yàn)和理論合作研究，首次揭示了金屬納米催化劑中幾何效應(yīng)和電子效應(yīng)各自對催化反應(yīng)隨尺寸變化的調(diào)變規(guī)律，創(chuàng)造性地提出一種拆分剝離金屬顆粒幾何效應(yīng)和電子效應(yīng)的策略——金屬納米顆粒的“氧化物選擇性包裹”。在具有重要應(yīng)用背景的Pd催化苯甲醇選擇性氧化到苯甲醛反應(yīng)中，實(shí)現(xiàn)了高活性和高選擇性轉(zhuǎn)化。相關(guān)研究結(jié)果以Disentangling the size-dependent geometric and electronic effects of palladium nanocatalysts beyond selectivity 為題，發(fā)表在國際期刊《科學(xué)進(jìn)展》上（Science Advances,2019, 5, eaat6413）。
論文鏈接：
http://advances.sciencemag.org/content/5/1/eaat6413
醛類化合物是合成精細(xì)化學(xué)品的關(guān)鍵中間體。醇選擇性氧化制醛是重要的基本化工過程。
展開 林文斌 JACS : 納米金屬有機(jī)框架-可服缺氧的光動力治療癌癥免疫療法
*P < 0.05, **P < 0.01, and ***P < 0.001
【小結(jié)】
研究采用了一種新的納米金屬有機(jī)骨架（nMOF）來克服PDT的腫瘤缺氧，提高腫瘤的免疫治療效果。Fe-TBP結(jié)合α-PD-L1治療引發(fā)CD4+和CD8+T細(xì)胞細(xì)胞毒性顯著擴(kuò)張，滲透到遙遠(yuǎn)的腫瘤部位引起遠(yuǎn)位的效應(yīng)。通過提出了一種新的策略，將PDT與ICB結(jié)合以引起全身的抗腫瘤免疫效果，為癌癥協(xié)同免疫治療提供了新思路、新方向。
文獻(xiàn)鏈接：Nanoscale Metal-Organic Framework Overcomes Hypoxia for Photodynamic Therapy Primed Cancer Immunotherapy（JACS, 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b01072）
展開 盧柯最新Science：金屬納米晶晶粒尺寸越小于臨界尺寸，居然熱穩(wěn)定性越高！！！
【引言】
納米尺度金屬晶粒細(xì)化可以大大提高其強(qiáng)度和硬度。但引入的高密度晶界（GBs）為晶粒粗化提供了強(qiáng)大的驅(qū)動力同時也影響材料的性能。納米級金屬顆粒融化溫度隨顆粒直徑的減小而顯著下降。對于金屬中的納米尺寸晶粒，晶粒粗化開始的不穩(wěn)定溫度顯著降低。固有的熱不穩(wěn)定性是納米成形材料的“致命弱點(diǎn)”，阻礙了高溫下的技術(shù)應(yīng)用和納米顆粒金屬的加工復(fù)雜化，以進(jìn)一步改善結(jié)構(gòu)和提高性能。通常采用合金化，降低納米晶的晶界能。合金化雖然在一定程度上有所增益，但是仍然難以避免金屬力學(xué)性能的降低。通過溶質(zhì)偏析降低GB能量可能會降低粗化的熱力學(xué)驅(qū)動力，從而也會穩(wěn)定納米晶粒。但是可能影響并惡化納米成形材料的機(jī)械，物理或化學(xué)性質(zhì)。在沒有合金化的情況下，穩(wěn)定純金屬中的納米顆粒結(jié)構(gòu)在技術(shù)上是具有挑戰(zhàn)性的。
【成果簡介】
近日，中科院沈陽金屬研究所盧柯研究員和李秀艷研究員團(tuán)隊(duì)（共同通訊作者）在science發(fā)表了題為“Enhanced thermal stability of nanograined metals below a critical grain size”的文章。研究團(tuán)隊(duì)使用純度為99.97％，表面為粗晶的不含氧的Cu棒，在液氮溫度下使用表面機(jī)械研磨處理（SMGT）以產(chǎn)生梯度納米表面層。形成平均尺寸為?40±2 nm和長徑比為1.7的隨機(jī)取向晶粒。TEM測量發(fā)現(xiàn)橫向晶粒尺寸隨著深度增加而逐漸增加，橫截面晶粒平均尺寸為70 nm左右；150 μm處，橫截面晶粒平均尺寸為200nm左右。觀察到變形的晶粒結(jié)構(gòu)粘附在150-500μm深度跨度的無變形核心上。在純Cu或Ni中，GB向低能態(tài)的自發(fā)結(jié)構(gòu)演變，導(dǎo)致納米晶粒顯著的熱穩(wěn)定性，其表觀不穩(wěn)定溫度甚至高于粗晶粒。研究表明：低溫下由塑性變形產(chǎn)生的純銅或鎳中的納米級晶粒在臨界晶粒尺寸以下顯示出顯著的熱穩(wěn)定性。
展開 塊狀納米結(jié)構(gòu)材料設(shè)計助力抗斷裂鋰金屬負(fù)極
該策略有望為抗斷裂LMA在鋰金屬電池中的應(yīng)用鋪平道路。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 塊狀納米結(jié)構(gòu)鋰金屬負(fù)極設(shè)計
a) 循環(huán)過程中常規(guī)鋰箔緩慢的界面反應(yīng)以及嚴(yán)重的電極粉碎示意圖；
b) BNL在長期循環(huán)中的抗斷裂能力的示意圖；
c) BNL合成過程的示意圖，將痕量的SiO2加入到熔融的鋰中并攪拌，冷卻后將得到的BNL軋制并沖壓成圓盤作為電極。
圖2 塊體納米結(jié)構(gòu)鋰金屬負(fù)極的表征
a) 純鋰和SiO2摻入量不同的BNL的XRD圖譜；
b) 純鋰和5 wt% SiO2摻入的硅基BNL的TEM圖像；
c) 硅基BNL的SEM圖像以及相應(yīng)的硅元素分布圖像；
d) 硅基BNL的電荷曲線，其中電流密度為1 mA·cm-2，截止電壓為1.0 V；
e) 交換電流密度實(shí)驗(yàn)中硅基BNL和鋰箔的塔菲爾圖，其中掃速為10 mV·s-1；
f) 拉伸試驗(yàn)中硅基BNL和鋰箔的機(jī)械性能，內(nèi)插為拉伸試驗(yàn)的示意圖。
圖3 塊狀納米結(jié)構(gòu)鋰金屬負(fù)極的抗斷裂能力
a,e) 原始鋰箔的頂視和橫截面SEM圖像；
b,f) 50次循環(huán)后鋰箔的頂視和橫截面SEM圖像；
c,g) 原始硅基BNL的頂視和橫截面SEM圖像；
d,h) 50次循環(huán)后硅基BNL的頂視和橫截面SEM圖像。
展開 香港大學(xué)AFM綜述：溶液處理的金屬氧化物納米晶作為有機(jī)和鈣鈦礦太陽能電池的載體傳輸層
b )使用納米SnO2作為電子傳輸層的PBDTT - DPP : PCBM太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的J - V特性。
圖13. NiMgLiO/MAPbI
3/PCBM/CeO
x性能
a ) CeOx NC的TEM圖像、高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)圖像和選定區(qū)域電子衍射圖(插圖)，以及配體交換程序示意圖。b ) J - V曲線。c )未封裝的器件在充滿N2的手套箱和充滿空氣的環(huán)境測試室中老化200小時，濕度控制在30 %左右，在室溫下保持連續(xù)光照和最大功率點(diǎn)跟蹤。d )用于改善器件穩(wěn)定性的示意圖。
【總結(jié)】
在這篇文章中，作者綜述了溶液處理金屬氧化物納米晶體的合成方法，以及它們在OSCs和PVSCs中作為CTLs的性能。然而，科研人員需要做出更多的努力來促進(jìn)它們在光伏器件中的應(yīng)用。
1)制備具有良好設(shè)計的尺寸和形貌的金屬氧化物納米材料是在各種應(yīng)用中的重要挑戰(zhàn)，尤其是在光伏應(yīng)用中。當(dāng)材料尺寸減小到納米級時，它們表現(xiàn)出獨(dú)特的性能，這與它們的塊體對應(yīng)材料不同。這種特性使得納米材料對獨(dú)特的應(yīng)用具有吸引力，同時也使其合成變得復(fù)雜。盡管各種技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于金屬氧化物納米晶體的合成，但它仍然需要根據(jù)其應(yīng)用開發(fā)新的合成方法。此外，為了控制MONCs的尺寸和形貌，需要更好地理解新合成方法的形成機(jī)理和反應(yīng)條件的控制。
2)用于穩(wěn)定金屬氧化物納米晶體的表面配體需要滿足溶液加工性和電荷傳輸方面的需求。具有長烴鏈的配體是絕緣的，例如乙二醇，這限制了它們作為CTLs的應(yīng)用。因此，科研人員已經(jīng)提出了許多配體交換策略，包括與較小分子的配體交換、可熱降解配體或金屬硫族化合物絡(luò)合物，以解決這個問題。
展開 高強(qiáng)輕質(zhì)金屬納米結(jié)構(gòu)
當(dāng)填充材料時，這些裂紋會形成倒裂紋結(jié)構(gòu)，將樣品分成小的納米點(diǎn)陣域，造成應(yīng)力集中，阻礙流體/氣體傳輸，并增加光學(xué)散射。雖然很多研究集中在制備自組裝納米晶，也有一些試圖消除倒置裂縫，但目前尚沒有一種自組裝制備方法，能夠產(chǎn)生沒有倒置裂縫的大面積金屬納米晶。一種消除模板裂縫并精確控制數(shù)百萬單元金屬納米結(jié)構(gòu)的方法將實(shí)現(xiàn)具有前所未有的性能的納米點(diǎn)陣，并使其在傳感、能量轉(zhuǎn)換和力學(xué)方面的應(yīng)用成為可能。
此外，測量、預(yù)測和優(yōu)化納米晶格的拉伸性能，以了解這些材料是如何斷裂和對復(fù)雜載荷的響應(yīng)的是一個關(guān)鍵需求。然而，由于3D打印納米點(diǎn)陣的尺寸有限(通常<5mm2)，倒置裂縫之間組裝的小納米點(diǎn)陣域(通常<0.01 mm2)以及在拉伸下可靠測試小納米點(diǎn)陣的困難，幾乎所有之前的納米點(diǎn)陣力學(xué)表征都是通過微/納米壓痕壓縮完成的。研究納米晶格拉伸行為的少數(shù)研究使用的樣品小于幾毫米或具有較低的絕對強(qiáng)度，而沒有研究探索在厘米尺度上且有數(shù)百萬單胞的高強(qiáng)度納米晶格的拉伸性能。為了真正利用納米晶的優(yōu)異性能，進(jìn)一步了解其大規(guī)模斷裂，實(shí)現(xiàn)宏觀納米晶的制備方法，了解其化學(xué)和物理特性如何影響其拉伸性能，是至關(guān)重要的。
在此，研究者展示了一種無裂紋自組裝方法來制備厘米尺度的多功能金屬納米晶格，具有100 nm的周期特征和30 nm的晶粒尺寸，相對于先前的納米晶格，無裂紋面積增加了20000倍，單胞數(shù)量增加了1000倍。該納米晶格在1.12%應(yīng)變下，納米粒子的抗拉強(qiáng)度為257 MPa，密度為2.67 g cm-3，是相同相對密度下最強(qiáng)多孔金屬強(qiáng)度的2.6倍。研究者通過保持濕模板和利用靜電幫助金屬電沉積模板，來消除自組裝過程中的裂紋。所制得的納米鎳，具有優(yōu)異的光子色度和接近其宏觀理論的拉伸強(qiáng)度。
展開 
盧柯等人納米金屬方面又一顛覆性發(fā)現(xiàn)！
金屬所這項(xiàng)研究表明,臨界尺寸以下納米晶在塑性變形過程中其晶界容易發(fā)生應(yīng)變誘導(dǎo)晶界馳豫，而這種晶界馳豫抑制了晶界遷移行為，使得納米晶變形機(jī)制由晶界遷移逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗诲e運(yùn)動形成變形孿晶或?qū)渝e為主導(dǎo)，納米晶機(jī)械穩(wěn)定性增強(qiáng)。該研究還發(fā)現(xiàn)，采用合適退火工藝對Cu中臨界尺寸附近未發(fā)生機(jī)械馳豫的納米晶進(jìn)行熱處理，使其晶界發(fā)生熱馳豫，同時保持晶粒尺寸基本穩(wěn)定，在后續(xù)進(jìn)一步拉伸變形過程中其晶界遷移明顯受到抑制，晶粒表現(xiàn)出更高的機(jī)械穩(wěn)定性。
距離表面~28μm深的TEM亮場及晶粒尺寸分布圖
該發(fā)現(xiàn)說明與晶界偏聚效應(yīng)類似，晶粒尺寸相關(guān)的晶界馳豫效應(yīng)能明顯對機(jī)械驅(qū)動晶界遷移起到抑制作用，這為提高納米晶機(jī)械穩(wěn)定性提供了新的方法，同時也為發(fā)展納米晶制備工藝提供了重要參考。該研究得到科技部納米科技重點(diǎn)專項(xiàng)和國家自然基金資助。
來源：金屬所，材料科學(xué)與工程公眾號
展開 《Nature》：一種直接3D打印金屬納米結(jié)構(gòu)的技術(shù)！
降尺度的3D打印技術(shù)，將使利用微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)特性的應(yīng)用成為可能。然而，現(xiàn)有的金屬3D納米打印技術(shù)，需要聚合物-金屬混合物、金屬鹽或流變性油墨，從而限制了材料的選擇和最終結(jié)構(gòu)的純度。盡管此前氣溶膠光刻技術(shù)已被用于在預(yù)先圖案化的襯底上，組裝高純度3D金屬納米結(jié)構(gòu)陣列，但其幾何形狀有限。
在此，來自韓國浦項(xiàng)科技大學(xué)的Junsuk Rho和韓國國立首爾大學(xué)的Mansoo Choi等研究者，介紹了一種可使用各種材料直接3D打印金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的技術(shù)，這種金屬納米結(jié)構(gòu)具有靈活的幾何形狀和可達(dá)數(shù)百納米的特征尺寸。相關(guān)論文以題為“Three-dimensional nanoprinting via charged aerosol jets”發(fā)表在Nature上。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03353-1
首先，研究者解釋了帶電的氣溶膠噴射是如何集中的？由火花放電產(chǎn)生的帶電氣溶膠和離子，同時注入靜電室，在靜電室中帶有孔陣列的介質(zhì)掩模與偏置硅襯底分離(圖1a)。掩模與基板的分離是至關(guān)重要的，因?yàn)樗梢允够遄杂梢苿佣唤佑|正在生長的納米結(jié)構(gòu)，也因?yàn)樗试S掩模上的孔與正在生長的結(jié)構(gòu)尖端之間的相對距離改變，因而能夠控制匯聚電場線的形狀，最終打印出所需的3D納米結(jié)構(gòu)。
固定掩模下的襯底的運(yùn)動，由一個3D納米級控制。通過對襯底施加一個負(fù)電位，正的氣溶膠和離子被吸引到掩膜上。高流動性的陽離子，首先到達(dá)面罩表面，然后是帶電的氣溶膠。離子積累可以防止納米顆粒沉積在掩膜上，并在每個孔周圍形成一個靜電透鏡。這種透鏡聚焦帶正電的氣溶膠，而不會造成在使用模板光刻時發(fā)生的堵塞(圖1插圖)。
展開 ：在原子層面上揭示金屬納米團(tuán)簇的生長機(jī)理
經(jīng)過過去數(shù)十載的不懈努力，納米材料學(xué)家們已經(jīng)把當(dāng)今納米研究的前沿推進(jìn)到一個新的高度：精確到原子的調(diào)控材料結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)。為了實(shí)現(xiàn)這一最高目標(biāo)，我們首先需要對納米顆粒（Nanoparticles）的生長機(jī)理有原子層面的精確理解。由于在傳統(tǒng)意義的納米顆粒體系（> 3 nm）里，很難實(shí)現(xiàn)對納米顆粒的精確到原子的合成，更遑論在原子層面上追蹤其生長機(jī)理，因而人們對納米材料的精確生長機(jī)理知之甚少。
然而，這一技術(shù)難題可以很好地被金屬納米團(tuán)簇（Metal Nanoclusters）攻破。納米團(tuán)簇是一類具有超小尺寸（< 3 nm）以及精確到原子的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的納米顆粒。在這一超小尺度下，金屬納米團(tuán)簇表現(xiàn)出一些獨(dú)特的類分子性質(zhì)，比如離散的電子能級，強(qiáng)發(fā)光以及本征旋光性等。而這些類分子的性質(zhì)都表現(xiàn)出極強(qiáng)的尺寸相關(guān)性：數(shù)個甚至一個原子的改變就會導(dǎo)致性質(zhì)的顯著變化。基于此尺寸相關(guān)性以及精確到原子的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，金屬納米團(tuán)簇為在原子層面解析納米顆粒的生長機(jī)理提供了理想的平臺。反觀之，通過這一途徑揭示的生長機(jī)理也可以為精確調(diào)控金屬納米團(tuán)簇的材料性質(zhì)提供有效指導(dǎo)，以實(shí)現(xiàn)其在綠色能源，催化，以及生物醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。
【成果簡介】
鑒于此，新加坡國立大學(xué)謝建平教授課題組通過追蹤金納米團(tuán)簇生長反應(yīng)，在原子層面上揭示了納米團(tuán)簇的生長動態(tài)學(xué)。該課題組首先合成了具有原子精度的[Au23(p-MBA)16]-納米團(tuán)簇（p-MBA = 對巰基苯甲酸），然后通過吸收光譜和電噴霧離子化質(zhì)譜（electrospray ionization mass spectrometry, ESI-MS）等手段，系統(tǒng)跟蹤了其在水溶液中生長為同樣具有原子精度的[Au25(p-MBA)18]-納米團(tuán)簇的過程。
展開 Nat.Commun：利用納米尺度的力學(xué)不穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)超低剛度金屬
近日有學(xué)者對超材料進(jìn)行了研究，超材料在準(zhǔn)靜態(tài)條件下展示了一種剛度低于2GPa的完全致密的金屬。
【成果簡介】
近日，普渡大學(xué)Alejandro Strachan（通訊作者）在Nat.Commun上發(fā)布了一篇關(guān)于超低剛度金屬的文章，題為“Harnessing mechanical instabilities at the nanoscale to achieve ultra-low stiffness metals”。研究人員利用與兼容、穩(wěn)定的第二組分的相干整合，使馬氏體合金的力學(xué)不穩(wěn)定性和低剛度狀態(tài)穩(wěn)定化，進(jìn)而設(shè)計完全致密的超低剛度納米結(jié)構(gòu)金屬，模量低至2GPa，比任一成分的模量都低，與以往的復(fù)合材料不同。
【圖片導(dǎo)讀】
圖1:點(diǎn)陣參數(shù)對馬氏體轉(zhuǎn)變自由能的影響
插圖為NiAl和Ni63Al37之間的外延界面的示意圖，其中Al原子是淺藍(lán)色，NiAl中的Ni是深藍(lán)色，Ni63Al37中的Ni是紅色的。
圖2：金屬納米線的應(yīng)力 - 應(yīng)變響應(yīng)
(a) T-Core納米線各階段、各部分的應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線；
(b) T-Shell納米線各階段、各部分的應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線。
T-Core ：Core(Ni63Al37)/Shell(NiAl)
T-Shell：Core(NiAl)/Shell(Ni63Al37)
圖3：彈性和非彈性變形過程的原子結(jié)構(gòu)
(a) Ni63Al37納米線在一個新的定向形核處發(fā)生單軸應(yīng)變；
(b) 70％的T-Shell納米線改變局部晶格參數(shù)發(fā)生的應(yīng)變。
圖4：純納米線與超材料納米線的結(jié)構(gòu)分析
(a) 在20％單軸應(yīng)變Ni63Al37納米線的結(jié)構(gòu)；
(b) RDF達(dá)到5％應(yīng)變對的結(jié)構(gòu)；
(c) 70％T-Shell超材料納米線結(jié)構(gòu)；
(d) RDF位于單個相之間的超材料結(jié)構(gòu)。
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