J. Phys. Chem. C： 「鋁」 創佳績——超四面體鋁比水輕

隨著科技水平的發展，我國汽車製造行業也得到了較為長足的進步，"減重節能"已經成為行業內公認的發展趨勢。「減重」顧名思義就是使用更輕質的材料來製造汽車。而「全鋁車身」 可減輕車身重量所以備受青睞，那麼有沒有更輕質的材料來幫汽車進一步「減重」呢？近日，科學家就在超輕材料領域有了重大的突破。

如果你把鋁勺子放入一個充滿水的水槽里，那麼勺子就會沉到底部。這種現象說明，常規形式的鋁比水密度更大。但是，如果在分子水平上重組常規形式的鋁金屬，將會有意想不到的收穫。

美國猶他州立大學科學家Alexander Boldyrev和俄羅斯南聯邦大學的科學家Iliya Getmanskii等研究者，基於密度泛函理論，通過化學計算模擬獲得了一種超輕晶體鋁，這種超輕晶體鋁的密度非常小，甚至能漂浮在水上。該團隊的研究得到了美國國家科學基金會和俄羅斯科學與教育部的支持。

超四面體鋁晶體結構示意圖（來源：The Journal of Physical Chemistry C）

美國猶他州立大學生物化學系教授Boldyrev說：「為了完成這項創新性突破，我們使用了標新立異的方法——以鑽石晶體為基礎，從一個已知的晶格開始，用鋁四面體取代原來的每個碳原子，得到了超四面體晶體鋁。這種新型的晶體鋁是一種半金屬，具有很高的塑性。

研究者經過進一步的化學計算後發現，該晶體鋁是一種新型亞穩態的超輕晶體鋁。更令人驚喜的是這種新晶體的密度只有0.61 g/cm3，與常規鋁的密度2.7 g/cm3形成了鮮明的對比。Boldyrev表示「因為水的密度是1.0 g/cm3，這意味著新的超輕晶體鋁完全可以漂浮在水面上。」這樣的屬性將開創一個全新的輕質材料領域。

Bodyrev說：「這種輕質鋁也許在將來會應用於製造更輕便的汽車零部件、太空飛船、醫用縫合金屬線等領域。當然，現在推測這種材料如何使用有些為時過早。因為還有很多不確定因素，比如我們並沒有完全了解它的硬度等其他的特性。」不過，這項研究的突破性在於，採用一種已知的結構來設計一種新材料，為設計創新材料提供了一種方法，開闢了未來材料的新道路。相信，不久的將來會有更多的新材料被科學家們開發出來取代傳統材料。

論文鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.7b07565

參考文獻：

• 1. The Journal of Physical Chemistry C
• 2. Sciencedaily

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