鐵之狂傲
標題:
古老的奈米科技：大馬士革刀裡的碳奈米管
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作者:
z330380202
時間:
07-4-7 23:46
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古老的奈米科技：大馬士革刀裡的碳奈米管
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Keelungman
報導
一群德國的科學家，在古老的大馬士革刀中發現碳奈米管。這會是大馬士革刀中最關鍵的密秘嗎?
大馬士革刀有著優異的性能：鋒利、韌性佳、而且不易鏽蝕。整把刀身外觀細密交錯著明暗條紋。它們曾經是歐洲十字軍眼中最令人敬畏的武器之一。大馬士革刀的種種特性，來自於它的原料－印度出產的烏茲鋼 (wootz)。這種鋼料類似中國的鑌鐵，材料的結構大致上是由雪明碳鐵 (cementite，Fe3C) 和波來鐵 (pearlite) 混合而成，分別呈現出明亮與暗沉的顏色。堅硬而又抗腐蝕的雪明碳鐵與較有軔性的波來鐵相互配合，使得大馬士革刀同時保有鋒利與強韌的特性。只可惜隨著烏茲鋼的產量大幅下滑，加上成本高昂，鍛造大馬士革刀的祕訣在十八世紀時漸漸失傳了。
本研究的樣品：slamic Sabre #10, made by Assad Ullah in the 17th Century. Peter Paufler (c) 2006，連結自 archaeology.about.com
近代的科學家試圖要找回鍛造大馬士革刀的祕訣，但總是遭遇失敗。目前的技術可基於積層鋼技術，混合雪明碳鐵和波來鐵鍛造出與大馬士革刀相似的花紋。市面上仿制的大馬士革刀多是用這種技術製造的。但問題在於這種鋼材的機械性質仍遜於烏茲鋼，換句話說，烏茲鋼並非雪明碳鐵和波來鐵混合的積層鋼。近來許多科學家研究烏茲鋼內的微量成份，發現裡面還包含鎢與釩等元素。這類微量元素會改變合金性質，在現代的冶金工藝中受到廣泛地應用。這些發現意味著：烏茲鋼內的微量成份使它與積層鋼的特性大不相同。
2006 年德國德勒斯登科技大學 (TU-Dresden) 的科學家從一份大馬士革刀的樣品中發現新的微量成份：多層碳奈米管 (MWNTs)。在顯微鏡下很容易觀察到烏茲鋼的微米結構，但要找出隱含其中的奈米結構卻得多些工夫。他們利用鹽酸溶解金屬成份，溶解後存在於雪明碳鐵中的奈米線會剩下一些殘渣。科學家們將這些殘渣放到 TEM 下掃描，發現裡面含有 MWNTs。他們推測：在鍛造大馬士革刀的過程中，一些催化元素滲入鋼鐵中導致碳奈米管成長，隨後被雪明碳鐵所包覆。大馬士革刀的機械性質與眾不同，碳奈米管的存在有可能是重要關鍵。
我們已經知道：在某些材料或是陶瓷中摻雜碳奈米管，可提升原材料的機械性能。也許類似的作用也出現在這把古老的刀中。
參考來源：
原始論文：M. Reibold et al, Nature 444, 286 (2006)
news @ nature.com - Sharpest cut from nanotube sword - Carbon nanotech may have given swords of Damascus their edge.
TU-Dresden 新聞稿
相關連結：
本論文研究團隊
about.com 的報導
大馬士革刀所用的鋼－wootz鋼
收藏本研究樣品的博物館：Berne Historical Museum, Switzerland
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