Mekaniskt Härda, Ökande Styrka och Därför Material Får Starkare som De Får Mindre

Täckte Ämnen

Bakgrund

Styrka på den Jämna Nanometeren

Mekanisk Deformering

Förminskning av Förskjutningar

Den Fokuserade Jonen Strålar att Bearbeta med Maskin

hoppa av - fritt Materiellt och Mekaniskt Härda

Deformering och Geometri

Förhöjd Styrka Även i Tar Prov med Deformeringar

Tack till personer

Bakgrund

Belägga med metall får mindre - som deras dimensionerar att närma sig mikrometerfjäll (millionths av en mäta) Som strukturerar gjort av eller mindre - dem får starkare. Forskare upptäckte detta fenomen 50 år sedan stunder som mäter styrkan av tin ”whiskers” några mikrometrar i diameter och några millimetrar i längd. Många teorier har varit föreslagna att förklara, därför mindre är starkare, men endast har för en tid sedan den att bli möjligheten som ska ses, och att anteckna vad händer faktiskt i mycket litet, strukturerar under spänning.

Figurera 1.

Styrka på den Jämna Nanometeren

Den Andrew Minderårigen, av MaterialVetenskapsUppdelningen i Avdelningen av Energis Laboratoriumet för den Lawrence Berkeley Medborgare, med kollegor från Hysitron Inkorporerade, och General Motors Forskar, och Utveckling Centrerar, använda Centrerar I det Situ Mikroskopet på Medborgare för ElektronMicroscopy (NCEM) för att anteckna vad händer, när pelare av mynt med diametrar mellan 150 och 400 nanometers (billionths av en mäta) är komprimerade under en lägenhet stansar gjort av diamanten. Överföringselektronmikroskopet utrustas, så att tar prov kan vara stressat, mätt, och spelade in på video stunder som observeras under elektronen, strålar.

”Vad kontrollerar deformeringen av en belägga med metall anmärka är långt, som hoppar av, kallat förskjutningar, flyttning along hyvlar i dess kristall strukturerar,” Minderårignågot att säga. ”Är resultatet av förskjutningsnedsteget plast- deformering. Till exempel orsakar när du böjer ett gem dess triljoner av förskjutningar per kvadrerar upp cm till tova och multiplicerar, som de kör in i en another, och glidbanan längs talrikt snedsteg hyvlar.”,

Mekanisk Deformering

I allmänhet ansar mekanisk deformering till förhöjning numrera av förskjutningar i ett materiellt. Men för småskaligt strukturerar, med ett mycket mer stor proportionerar av ytbehandlar område till volym, det processaa kan vara mycket olikt. Spelad in på video avbildar från elektronmikroskopet hjälpte forskarna att förstå därför nanoscalemyntpelare är så starka genom att låta dem observera ändringar i microstructuren av pelarna under deformering - däribland ettsett processaa de dubbade forskarna ”mekaniskt härda.”, (I bulk material som härdar, en behandling, som förminskar, tätheten av hoppar av, är vanligt fulländad, genom att värma.),

Förminskning av Förskjutningar

Minderårignågot att säga, ”Det första tinget som vi observerade, var att, för testa, nanoscalepelarna av mynt var full av förskjutningar. Men som var vi som var komprimerade pelaren, alla förskjutningar, drivande ut ur det materiellt - formligen förminskande beställer förskjutningtätheten vid 15 av storlek och att producera en göra perfektkristall. Vi kallade denna verkställer mekaniskt härda.”,

Den Fokuserade Jonen Strålar att Bearbeta med Maskin

Den testade pelarMinderårigen och hans kollegor bearbetades med maskin från rent mynt som använder en fokuserad jon, strålar (FIB), en ny teknik för småskalig mekanisk-kompression som testar som beskrevs först i 2004 av Michael Uchic av Laboratoriumet för U.S.-FlygvapenForskning, och hans kollegor. FIBtekniken gör det möjlighet för att skapa mycket mindre strukturerar än första utstuderat för belägga med metall”whiskers” i 50-tal, som göras, genom att växa kristaller.

Några av förskjutningarna forskarna som observerades i de bearbetade med maskin pelarna, var förhållandevis grunda, och orsakadt vid jonen strålar sig. Andra fördjupade till och med kristallen och var förmodligen pre-existerande hoppar av. Under kompression mekaniskt orsakade härda båda sorter av hoppar av för att försvinna.

”I grunden får alla förskjutningflykt från kristallen på ytbehandla och du inte lagring av förskjutningnågot liknande som du skulle i större kristaller,” Minderårignågot att säga. ”Vilka resultat är en processaa kallad ”förskjutningsvält, ”för en tid sedan föreslagen vid William D. Säga nej till av Stanford, bland andra, som har snabbt, blev en av de ledande teorierna av, därför mindre strukturerar, är starkare.”,

Minderårigen förklarar, ”Är idén att, om förskjutningflykten det materiellt, för de kan påverka varandra och multiplicera, där inte är nog aktivförskjutningar som möjliggör den lagda på deformeringen. Strukturera kan endast deformera, efter nya förskjutningar har skapats.”, Detta är exakt det processaa honom, och hans kollegor som observeras med NCEM I det Situ Mikroskopet som är starkt bevisar att ”förskjutningsvält” är den korrekta förklaringen för den ökande styrkan av litet strukturerar.

hoppa av - fritt Materiellt och Mekaniskt Härda

Händer Vad, om enfri nanoscalemyntpelare fortsätter för att vara komprimerad? Något måste att ge sig, som händer när nya källor av förskjutning ”som är nucleate” i det materiellt. Som de existerande förskjutningarna försvinner i pelaren på grund av mekaniskt härda, händer det att bilda en kärna av nya förskjutningkällor på progressively högre spänningar.

I pelaren strukturerar, kan plast- deformering ta bilda av plötslig utslätning, att svälla ut, vridning eller klippning av pelaren, som bristningar av nya förskjutningar fortplantar till och med den. Eller de härdade pelarna som göras starkare av mekaniskt härda, kan stansa rätt besegrar in i substraten - även om pelaren och substraten är det samma fortlöpande lappar av belägger med metall. Båda bearbetar fångades i I det Situ Mikroskopets dramatiska spelade in på video experiment.

Figurera 2. för ElektronMicroscopy

Deformering och Geometri

Bearbeta med maskin för FIB som används av de producerade NCEM-forskarna förnicklar pelare som avsmalnades litet, och forskarna noterade att denna påverkade geometri var och hur plast- deformering uppstod och allmänt att vara mer stor i liten-diametern som är fri avsluta (överträffa) av pelaren.

Förhöjd Styrka Även i Tar Prov med Deformeringar

I större pelare var de att närma sig 300 nanometers i diameter, mekaniskt härda inte färdiga, och några förskjutningar återstod synliga även efter kompression. Yet även förhöjde dessa ställda ut pelare styrka, och progressively högre spänningar var nödvändiga att fortsätta deformering - understrykning som peka, att det är skapelsen av mobilen hoppar av, som bestämmer styrka i dessa små volymer.

”Är skönheten av dentesta geometrin att vi kan straightforwardly definiera spänning. Därefter kan vi korrelera de mätte spänningarna med åtskilda plast- händelser som antecknas i situ och klarare tolka de kvantitativa datan från våra experiment,” något att sägaMinderårigen. ”Debatten över vad bestämmer styrkan av ett litet strukturerar har kommit besegrar till ettägg ifrågasätter nästan - är något stark, därför att du behöver en kickspänning till flyttningen en förskjutning som är redan där? Eller är det starkt, därför att du behöver en kickspänning till nucleate en ny förskjutning? I detta fall verkar det den källdet att bilda en kärna - dvs., ”ägget” - är bestämma dela upp i faktorer.”,

Tack till personer

”Mekaniskt visas härda och källa-begränsad deformering i submicrometre-diametern Ni-kristaller,” vid Z.W. Shan, Raj Mishra, S.A. Syed Asif, Oden L. Warren och Andrew M. Minderårig, i Januari, 2008 utfärdar av NaturMaterial, den för- on-line publikationen 23 December, 2007 på http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat2085.html. Detta arbete stöttades delvist av ett lån från US-Avdelningen av Energi till Hysitron, Inc. och också av ett lån från DOEKontoret av Vetenskap, Kontoret av Grundläggande EnergiVetenskaper.

Källa: Lawrence Berkeley

Date Added: Jan 3, 2008 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 18:32

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit