科学家提出类AB胶反响式的金属聚合概念

  传统的合金制作常常要在高温时（一般超越1000C）打破并从头构成金属键，而高温极大地约束了原位的合金制作。如安在无需能量输入的状况时进行合金的制作，是一个严重应战。能否学习化学中的分子组成，以室温等一般条件完成合金的制作？

  浙江大学教授贺永团队提出“金属聚合”这一新概念，初次报告了在15C时经过“金属聚合”反响办法完成合金的增材制作。经过打印进程可构成高强度的合金相，其弹性模量和硬度别离超越了130GPa和255HV0.2。北京时间2025年2月14日清晨，相关研讨成果以“3D printing of Alloys with AB Reaction at Room Temperature”为题发表于Matter期刊。浙江大学教授贺永为通讯作者，机械工程学院孔维程博士生、原禧敏博后和我国矿业大学卢玉灵博士生为一起一作。

  金属聚合是指经过合金聚合交联剂（以镓基液态金属为代表）在合金聚合引发剂（以可溶性氢氧化物为代表）的效果下将多组分的金属粉末聚合构成合金的进程。以镓基液态金属作为交联剂为例：在合金聚合进程中，该反响具有负吉布斯自由能，镓基液态金属中的镓元素敏捷滋润金属粉末外表并能自发地构成安稳的合金材料。

  该“聚合”反响的原材料包含根底金属粉末、聚合交联剂及聚合交联剂引发剂，经过引发剂促进交联剂与根底金属粉末之间的交联反响，终究构成了高强度的合金相。“金属聚合”概念，将为经过化学规划来高效制作合金供给了全新的办法和视角。

  在合金聚合进程中，液态金属中的Ga元素敏捷滋润Cu粉末外表并分散，构成安稳的CuGa?基合金。CuGa?基合金在聚合进程具有负吉布斯自由能，该反响自发地进行并阻止后续反响的产生。本文使用第一性原理结合实验成果建立了合金聚合反响模型，如图1所示。将CuGa?合金的聚合进程界说为三个阶段：滋润阶段（晶粒尺度为0200m，呈多晶状况），成形阶段（晶粒破碎至08m）重组阶段（晶粒重组为约70m的单晶）。

  (InGa?)??Cux液态金属合金的物理化学性质提醒了AB反响的相变机制，如图2A所示。微观应力和晶粒尺度随Cu含量添加而增大（图2B），这标明合理的Cu含量有助于降卑微应力和晶粒尺度。衍射角与晶粒尺度相关性标明，(InGa?)??Cu?LMA的晶相安稳（图2C）。Cu代替了Ga晶格中的In，增强了GaCu键合（图2D）。跟着Cu含量增至60%，熔点升至100C，Cu开端非晶化，熔融峰消失（图2E）。EBSD剖析依据成果得出，液态金属与Cu的置换反响促进CuGa?晶粒细化，一起，Ga的固溶强化效应改进了液态金属合金的晶体结构（图2F）。

  当Cu含量超越60%时，液态金属附着在Cu外表，生成黑色颗粒（图3A）。InGa?表现出最强复原性，促进固相构成，下降液-固改变速率（图3B）。Tafel外推法核算的腐蚀电流密度如图3C所示。当Cu含量在10%50%时，液态金属与Cu产生不完全置换（图3D和3E）。当InGa?:Cu=10:6时，氧化复原速率最快（图3F）。(InGa?)??Cu?液态金属合金在酸性和盐溶液中耐腐蚀性强，但在含Cl?的碱性溶液中耐腐蚀性较差。

  使用分子动力学模拟了InGa?与Cu的反响进程（图4A）。InGa?首要由Ga、In和O组成，Ga呈氧化状况，构成GaO骨架结构，CuGa?紧缩嵌入的In，导致In富集（图4B）。(InGa?)??Cu?具有优异才能的结晶性和明晰的衍射图样，这标明Cu纳米颗粒嵌入CuGa?中（图4C）。(InGa?)??Cu?液态金属合金的弹性模量、纳米硬度和刚度别离为139.8GPa、2.69GPa和6×10?N/m（图4D4F），其力学性能超越了有色金属合金，（图4E），首要归因于稳定压力下CuGa?细晶改变为单晶结构（图4F）。

  本研讨提出了一种在室温时产生金属聚合的制作概念，并经过液态金属与铜合金的化学反响成功地完成了铜合金的聚合，提醒了液态金属与铜合金之间的原子级相互效果。所制备的GaInCu液态金属合金比传统的3D打印铜合金显示出更优异的力学性能。（来历：科学网）