在科幻大片《終結(jié)者》系列中，常常出現(xiàn)這樣的場(chǎng)面：阿諾德施瓦辛格掏出霰彈槍朝液體機(jī)器人射擊，巨響過(guò)后，身體和腦袋被打穿了數(shù)個(gè)大窟窿的液體機(jī)器人又慢慢恢復(fù)了原形。真是打不死的“小強(qiáng)”！

　　這真的是遙遠(yuǎn)的明日科技嗎？還是就在我們身邊發(fā)生的事實(shí)？

　　東南大學(xué)孫立濤教授研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在極小的納米尺度下（小于10納米），普通的固態(tài)金屬在擠壓、拉伸等外力作用下，會(huì)像揉面團(tuán)那樣柔軟，甚至像液態(tài)那樣任意變形；更為奇特的是，外力撤除后，還可以恢復(fù)原形。10月12日，這項(xiàng)研究的論文發(fā)表在國(guó)際著名期刊《自然材料》上，并被評(píng)為封面文章。

　　且慢，真的是普通的金屬就可以嗎？這不合乎直覺(jué)。

　　對(duì)，你沒(méi)有看錯(cuò)，普通金屬在室溫下，就可能有這種神奇的特性，但是前提是要在納米尺度下。

　　東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院孫立濤教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種原位電子顯微學(xué)技術(shù)，并基于此在國(guó)際上首次觀察到10納米以下固態(tài)金屬銀顆粒在室溫下的類液態(tài)行為。

　　科研人員告訴科技日?qǐng)?bào)記者，宏觀的金屬材料的變形機(jī)制通常遵從經(jīng)典的位錯(cuò)滑移和孿晶變形理論。然而，到了極小的納米尺度，金屬表面原子所占的比重越來(lái)越大，其變形機(jī)制越來(lái)越受表層原子的運(yùn)動(dòng)影響。我們都知道，表層原子是很活躍的，納米金屬就仿佛穿了一層水膜一樣的外衣，一旦受到任何外力，“水膜”一樣的外層原子就會(huì)呼啦啦先運(yùn)動(dòng)起來(lái)。這時(shí)候，納米金屬就兼具了固體和液體的特性，在擠壓后，表層原子迅速移動(dòng)，形成了新的表面層。

　　這種變形機(jī)制會(huì)帶來(lái)一個(gè)特別的后果，那就是當(dāng)撤除擠壓時(shí)，這層活躍的“水膜”分子又會(huì)呼啦啦往上跑，以降低表面能，直到把金屬顆?；謴?fù)原形。這樣，就出現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)中觀察到的那神奇一幕，不論怎么擠壓，金屬顆粒最終都會(huì)恢復(fù)原形。

　　科研人員把這種可以恢復(fù)原形的塑性行為，叫做贗彈性。

　　這種奇特的納米顆粒塑性形變，超越了傳統(tǒng)的金屬物理中位錯(cuò)等缺陷導(dǎo)致的塑性形變理論，在變形的整個(gè)過(guò)程中顆粒內(nèi)部始終保持著完好的晶態(tài)結(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)暗示，隨著金屬顆粒尺寸減小，經(jīng)典的Hall-Petch規(guī)律中“越小越強(qiáng)”不再適用，會(huì)逐漸過(guò)渡到“越小越弱”。

　　這種神奇的贗彈性，會(huì)給我們帶來(lái)一系列神奇的結(jié)果。例如，可以制造出無(wú)論怎們變形都可以復(fù)原的金屬關(guān)節(jié)，具有記憶功能的存儲(chǔ)器件，打不穿的金屬防彈衣，甚至還包括我們前面提到的《終結(jié)者》液體金屬機(jī)器人。

　　同時(shí)，這項(xiàng)工作對(duì)于如何維持下一代納米電子器件中的互連線和電極的穩(wěn)定性，以及如何實(shí)現(xiàn)超小尺寸的納米加工工藝，有著重要的指導(dǎo)意義。因?yàn)殡S著現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，集成電路中金屬互連線以及電極的特征尺寸正在向10納米逼近。在這樣小的尺度下，作為基礎(chǔ)框架的金屬形態(tài)是否還能像塊體材料那樣穩(wěn)定，科學(xué)家以前并不清楚?，F(xiàn)在新的問(wèn)題是，證實(shí)了納米金屬顆粒塑性形變的現(xiàn)象后，如何保障在如此小尺度下電子器件物理性能的穩(wěn)定性？這一問(wèn)題向現(xiàn)代集成電路產(chǎn)業(yè)提出了新理論和技術(shù)的挑戰(zhàn)。

　　據(jù)悉，這項(xiàng)工作是東南大學(xué)傳統(tǒng)電子學(xué)科與新興納米領(lǐng)域的交叉與融合的結(jié)果，得益于學(xué)校長(zhǎng)期對(duì)基礎(chǔ)研究和國(guó)際學(xué)術(shù)交流合作的支持與重視。孫立濤教授課題組近年來(lái)依托原位透射電子顯微學(xué)技術(shù)，已經(jīng)在微納米器件、新型二維材料、納米金屬變形機(jī)制等領(lǐng)域取得了一系列研究成果。

(來(lái)源:科技日?qǐng)?bào))