2008年10月21日
因为他们是充满缺陷,大部分晶体材料从来没有实现他们的理想强度;亚博网站下载纳米晶体,另一方面,太小没有缺陷的空间。(“纳米”纳米的简称,是一米的1000000000)。尽管纳米晶体材料可能接近理想的力量在他们的抵抗压力,亚博网站下载大多数纳米结构显示只有有限的能力承受内部压力大之前失败。克服这种限制会导致伟大的工程材料在所有尺度上的进步。亚博网站下载
在右上角,硫化镉nanosphere前压力是应用。电子束的空心球体部分是透明的。
科学家们美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校利用原位透射电子显微镜测量中空球形纳米粒子,承受极端压力和变形而不丧失力量。yabo214小说团簇的几何形状可以设计方法的理论理想的抗剪强度材料的,在这种情况下硫化镉。研究人员报告他们的研究结果在2008年11月期的《自然材料,提供给用户在先进的在线出版。亚博网站下载
“理解单个纳米粒子发生了什么当压力,你需要看到变形发生,”安德鲁说小国家中心的电子显微镜(NCEM)在yabo214伯克利实验室材料科学部门(MSD);亚博网站下载亚博老虎机网登录小也是一个成员的加州大学伯克利分校材料科学与工程系(MSE)。亚博网站下载亚博老虎机网登录“我们把团簇在平坦的硅衬底在NCEM原位显微镜的样品室和压缩平底钻穿孔,直到断裂。使用的视频压缩测试,我们可以准确地确定骨折时,然后测量力应用于精确的时刻”。
次要是指一个视频的图像应用压力突然下降时,压缩nanosphere鞘从衬底和穿孔像西瓜种子。“如果你没有看到这种情况的发生,你就没有办法知道为什么的力量突然消失了,”他说。”因此,建立原位显微镜实验有点更加困难和耗时,这是至关重要的。”
硫化镉的团簇准备实验室的保罗•Alivisatos伯克利实验室的副主任和部门主任默沙东公司,和加州大学伯克利分校的MSE和化学部门。化学方法用于创建空心球体允许他们的尺寸很精确的操纵,包括外球体的直径和厚度的贝壳。
“基本上我们调查结构层次,扮演着一个重要的角色在决定许多散装材料——骨的力量,例如,只有我们应用在纳米级,“微小说。亚博网站下载”在这种情况下,层次结构是水晶域的大小,从三个或四个纳米到10纳米;壳的厚度,从35到70纳米;和球体的直径,从大约200到450纳米。我们尝试在数十团簇与每一个维度的变化。”
他们观察到钻石铁砧上,慢慢地团簇是空心球逐渐凸起在两侧压扁。硫化镉是固有的脆性,本来有望打破,而是多达20%的球体变形破碎之前原来的直径。
了解应力分布在整个球体,达里尔Chrzan默沙东-和MSE和他的研究小组进行理论计算。球面计算分为细网格,每个网格的变形计算,给反应的整体几何球体的作用力。
这些地方的优势结合整个球体模型的行为,这一过程被称为有限元分析、有限元分析。由计算机模拟时,各点的应变特定维度的一个球体,受到应用压缩,可以计算和可视化。模拟显示,随着位移的增加,球体的形状将压力转移到某些地区经历的最大剪切-区域对应于顶部和底部的球体接触衬底和钻石铁砧。这就是球通常被观察到在实际的实验中失败。实际上,实验结果一般预测的有限元分析模型。
“模型包含了实际实验条件以及可能的,“微小说”包括“胶水”我们用来保存nanosphere衬底。这只是一个小的碳质材料遗留下来的硫化镉的化学过程用于创建团簇。最初我们打扫了,但在我们经历的几个实例球体挤压时溜走,我们停止打扫他们所以他们会附着在表面。有限元分析模型必须考虑这种碳质材料。”
有限元分析模型表明,有限元分析模型中的应力断裂的时候确实很高。例如,nanosphere直径450纳米壳约69纳米厚,压缩变形的一些原始直径的百分之八,体验当地剪应力接近理想的硫化镉的剪切强度。“断裂准则”,研究人员来自他们的模型,准确地预测,一个典型的nanosphere经历约70%的理想抗剪强度在其故障点。
“这是最完整的单个纳米粒子的力学性能的分析,我知道的,”小说,“因为原位透射电子显微镜下观察让我们看到每个粒子的精确尺寸,看何时以及如何失败,从而消除实验和理论之间yabo214的鸿沟。”
以前曾试图增加纳米材料的可变形性,为了减少失败的倾向在有限的压力之下,也不幸的是减少他们的力量。亚博网站下载空心团簇的新的实验表明,通过结合强度和可变形性,空心球形几何所带来的高强度和相对较高的菌株在失败。承受高应力和应变的能力是结构的直接结果层次结构:小粒径为高强度,而球的整体形状分布压力和允许结构承受高压力。
“这项工作只能做原位显微镜像NCEM,加上一个定量的机械测试架由Hysitron, inc .)和NCEM,和中空的团簇像那些在Alivisatos实验室,以及提供的完整分析复杂的计算工具Chrzan集团“微小说。“我们相信这个令人惊讶的结果打开了通向更大可能的进步在一系列尺度结构材料。”亚博网站下载