How can we engineer materials that are stronger and lighter? What about new materials for extreme conditions, such as in jet engines and spacecraft? The answer, says Fadi Abdeljawad, an associate professor of materials science and engineering in Lehigh Un
我们如何设计出更坚固、更轻的材料？用于极端条件的新材料呢，比如喷气发动机和航天器？利哈伊大学P.C.罗辛工程与应用科学学院材料科学与工程副教授Fadi Abdeljawad说，答案可能隐藏在晶体中原子聚集的无限微小区域或边界中
Abdeljawad与美国能源部综合纳米技术中心（CINT）的合作者一起，揭示了这些微小的边界如何对纳米材料的特性产生如此巨大的影响 Abdeljawad解释说：“原子聚集在一起形成纳米晶体，其基本结构约为人类头发宽度的1/10000。”。“把这些晶体想象成拼图的碎片，或者厨房地板上的瓷砖。数十亿个这些纳米晶体堆叠在一起，形成大多数工程材料。”研究人员表示，正是晶体相遇的区域在决定材料行为方面发挥了巨大的作用。最近，该团队的工作发表在《纳米快报》上
这篇题为“三结分离主导纳米晶合金的稳定性”的文章探讨了纳米材料中被称为三结的微小特征如何在高温下保持这些材料的稳定性方面发挥关键作用
来源：利哈伊大学金角纳米晶材料具有极其精细的结构，由许多微小的晶体组成。这种微小的晶体尺寸可以使材料更坚固。然而，随着时间的推移，保持这些晶体的小而稳定是具有挑战性的，因为它们往往会生长，这会削弱材料
这项研究的研究人员发现，在高温下保持这些材料稳定性的关键在于三重结，即三个纳米晶体相遇的角落。想象一下，三块拼图的角拼在一起
科学家们发现，当某些原子被添加形成合金时，它们更喜欢占据这些三重结的位置。这种“化学分离”或原子在三重结处的聚集有助于防止晶粒生长，从而防止材料随着时间的推移而失去强度
这项具体的研究表明，金原子被小心地放置在铂纳米材料的三重结上，使材料在高温条件下保持稳定
Abdeljawad说：“通过了解这一过程，科学家可以设计出更好的纳米晶合金。他们可以选择特定的元素，这些元素将进入三重结并稳定材料。这对于高温下的强度和耐用性至关重要的应用尤其重要，例如航空航天和能源工业。”利用团队合作的力量，Lehigh的计算材料科学家Abdeljabad进行了大规模的计算研究，预测了这些结果。为了验证这些模型，计算团队与集成纳米技术中心（CINT）合作。CINT为纳米级研究提供先进的工具和专业知识，使材料科学、纳米制造和纳米光子学的前沿研究能够促进科学技术的进步 “这是协作科学的一个杰出例子，”CINT的高级科学家、该研究的合著者Brad Boyce博士说。“由于能够模拟构成这些材料的原子的复杂排列，我们关于如何通过在纳米级定制特征来设计新型材料的想法正在成熟。”