美国明尼苏达大学双子城分校研究人员发明了一种简单安全且低成本的技术,可以将熔点最高的金属——钨转化为薄膜,以便更容易地应用到半导体、显示器等计算机领域或者燃料电池、催化剂等电化学领域。相关研究成果发表在美国《国家科学院院刊》上。
金属的难熔特性一直是让研究人员又爱又恨的一点,虽然应用在一些高温等苛刻的条件下这些金属具有得天独厚的优势,但是加工难度系数高却在一定程度上限制了其应用范围。如钨熔点3410℃,沸点5660℃,密度19.35g/cm3;铱熔点2450℃,沸点4130℃,密度22.56g/cm3;钌熔点2310℃,沸点3900℃,密度12.30g/cm3;铂熔点1772℃,沸点3827℃,密度21.45g/cm3。
明尼苏达大学研究人员将这些难熔金属称之为“顽固”金属,这些金属或其化合物应用在电子产品、催化剂以及未来高新技术、新能源等领域当中常常需要先转化成薄膜,但是转化的工艺难度却极高,仅蒸发的温度条件就需要达到2000℃以上。
常用的薄膜转化方法是通过溅射和电子束蒸发等技术合成,但是这种传统方法能源消耗量大,成本昂贵,且要求的高电压条件具有很大的安全隐患。因此,研究出一种简单高效、安全便宜的“顽固”金属转化为薄膜的技术成为科学家们努力攻克的重要方向之一。
明尼苏达大学研究人员通过设计和添加有机配体(碳、氢、氧原子的组合)到金属中,大幅提高金属或其化合物材料的蒸气压,使它们能够在不到200℃的温度条件下就可以实现蒸发,该技术不仅操作简单,而且还能制造出易于扩展的高质量材料。
该研究通讯作者Bharat Jalan介绍,具备制造易于控制的新材料的能力对于过渡到能源经济的时代至关重要,这种更简单、更便宜的技术能够以原子精度制造出更好的材料。
含有“顽固”金属元素的原子级精确复合氧化物,由于其强大的自旋轨道相互作用,作为设计量子材料在探索新型电子、磁、超导和拓扑相方面具有巨大的前景。