金屬泡沫：輕盈如空氣

蚊子站在棉纖維上，背負著超低密度金氣凝膠樣品。

被蛛絲單絲懸掛著的超低密度泡沫金屬樣品。

金、銀和銅等都是重金屬，但美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的研究人員卻讓它們變得像空氣一樣「輕盈」：甚至蚊子也能輕而易舉地扛起它們。phys.org網站6月4日報道，這一開創性的研究促成了超低密度金屬泡沫的誕生，使物理學家們能在NIF的核武器儲備管理任務中更好地使用X-射線源。實驗室定向研究和發展（LDRD）項目首席研究員、材料學家Michael Bagge-Hansen說：「我們關注的是基礎科學問題。這些問題對於如何合成、組裝基於納米線的金屬氣凝膠至關重要。」

雖然這種材料被稱為「泡沫材料」，但它並不是真的泡沫。它是由隨機連接的納米線組成的義大利面狀網路結構。這個貌似迷你棉花糖的材料，含有的原子甚至可能比空氣更少。物理學家Sergei Kucheyev稱其為「多孔金屬整體材料」。LLNL材料科學部門（MSD）研究人員Tyler Fears解釋了科學家們尋找各種超低密度金屬的原因：它們可以為科學家們探索極端條件下材料在NIF的192-高能激光照射下的情況奠定基礎。當元素被激光加熱至等離子體時，會發出特定的X射線。金屬泡沫可以作為模擬氣體用於實驗研究。然而，激光碟機動的X-射線源的基本物理特性對金屬泡沫的類型、密度和形狀等要求頗高。Fears說：「我們不僅需要使重金屬的密度與空氣接近，還需要樣品的大小滿足特定的尺寸要求。」此外，研究人員還必須確保樣品的製造具有可重複性。

Kucheyev補充說，金屬泡沫的研究可以追溯到大約10年前，但一直到最近幾年，研究人員才取得了突破性的進展。他說：「之前的一些樣品要麼在實驗前就在空氣中老化了，要麼穩定性較差。理想的樣品似乎遙不可及。」研究人員還嘗試了使用其他類型的低密度材料來作為特定金屬的骨架結構。但當激光照射到外骨架時，會產生大量不必要的X射線，這對科學家的實驗造成了很大的干擾。因此，為了保證X射線光譜的純凈，研究人員不得不考慮直接用金屬製造金屬絲結構。材料科學家Fang Qian說：「我們面臨的最大挑戰來了。前人對這方面的研究非常少，這意味著我們必須進行大量的實驗和基礎研究。但最終，我們找到了這個獨特的『配方』。現階段，MSD已經可以進行金屬納米線等納米材料的快速開發，並能實現原料的克級再生。」

目前，研究人員已經能製造出銅和銀泡沫，其中銀泡沫在NIF的實驗中表現良好。研究人員也能製造出金泡沫，但它會在激光照射下部分解體。Fears說：「這是我們需要繼續攻克的挑戰。」

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：三水

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