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Nanoscale 수정같은 가소성: 표면에 일어나기

교수에 의하여 Frederic Sansoz

Frederic Sansoz 의 Sansoz 연구 단체, 버몬트의 대학 교수
대응 저자: frederic.sansoz@uvm.edu

기계적으로 적재될 때 모양에 있는 영원한 변경을 겪는 금과 같은 크리스탈 물자는 수정같은 가소성의 결과입니다. 결정에 있는 플라스틱 개악에 대하여 이상적인 병력을 위한 과학적인 조회는 계속 약 90 년간 연구를 위한 초점입니다1. 이 필드에 있는 어드밴스에는 구조상 물자에 있는, 뿐 아니라 프로세스를 형성하는 금속에서 병력과 실패 저항 향상을 위한 많은 중요한 과학 기술 연루가 있었습니다.

수정같은 가소성에 의해 영향을 받은 1 차적인 기계적 성질은 탄성 한계, 현상을 긴장 강하게 하기 포함하는, 장력 연성 및 경도입니다. 다른 길이 가늠자에 microstructural 특징의 규모에 통제에는 곡물과 침전물과 같은 대량 크리스탈 고체에 있는 병력 증강에 있는 많은 성공적인 결과가 있었습니다. 현저하게, 1950 년대에 있는 Brenner에 의하여 정액 실험은 또한 긴장에서 모양없이 한 마이크로미터 가늠자, 결함이 없는 크리스탈 필라멘트 또는 곳수염의 병력이 크기 축소를 통해 그들의 대량 카운터파트의 그것 보다는 더 적어도 1개의 크기 순서일 수 있었다는 것을 증명을2.

오늘날, 이 기본적인 양상은 이하 마이크로미터 길이 가늠자에 강력한 크리스탈 필름을 만들기 것이 (MEMS) 그 같은 장치는 시간 훨씬 넘는 능력을 발휘한다는 것을 확인하게 필수적 이기 때문에 마이크로 전기 기계 시스템과 같은 소형화한 응용을 위해 타당합니다. nanoscale에, 더 활발한 응용은 유생분자에 금속 nanostructures 같이 낮 차원 물자 및 암 치료를 위한 세포를 조화시키기에서 속입니다3. 금속 nanowires는 응용과 에 칩 광학적인 데이타 전송을 느끼기를 위한 전자기파 또는 플라스몬을 인도하기 위하여 이용될 수 있습니다4. 그(것)들은 또한 기계적인 조작에 의하여 복잡한 단단한 구조물을 만들기 위하여 함께 묶어서 좋습니다5. 감소된 길이 가늠자에 금속 가소성의 정확한 이해는 그 같은 응용을 위한 상당한 중요성 입니다.

시작된 나노 과학 시대부터 nanoscale에 기계적 성질에 대한 크기 효과의 중요성은 오래 인식되었습니다 [6]. , 물자 속성을 위해, nanoscale의 세계가 단순히 거시의 규모를 축소 버전이 아니다 아이디어는 지금 기초가 튼튼합니다. 특히, 최근 진도는 미세, 표면 실행 nanoscale 수정같은 가소성에 있는 핵심 역활 및 그것의 규모 미결 이외에 그것을 보여주었습니다. 다음에서 나는 표면이 nanoscale에 수정같은 가소성 및 병력에 극적으로 어떻게 착탄하는지 설명하기 위하여 금을 한 예로 이용할 것입니다. 이쪽에 순수한 금이 ~120 MPa의 최대 장력 강도를 가진 가장 연약한 금속의 한개이다는 것을, 기억되어야 합니다.

규모 대 탈구

2004년에, Uchic는 플라스틱으로7 금속 단 하나 결정의 집중시키 이온 光速 맷돌로 갈기에게서 만들어진 micropillars를 모양없이 해서 그 외 여러분 처음으로 (FIB) 재방문했습니다 Brenner의 고전적인 실험을. 이 접근은 직경에 있는 245 nm의 원통 모양 금 결정이 360 MPa의 장력 강도, i.e, 3 시간을 대량 금의 병력 전시했다는 것을 보여주었습니다8.

거짓말 기계로 가공된 금속 nanostructures는 처음 수정같은 미세 및 거짓말 유도한 지상 손상 탈구, 때문에 칭한 선재한 선 결점을 소유하기 위하여 알려집니다. 탈구가 금속에 있는 가소성의 1 차적인 운반대이기 때문에, 그것은 그러므로 개악의 밑에 플라스틱 교류 긴장에 탈구 조밀도와 nanoscale 결정에 있는 근본적인 탈구 프로세스의 영향을 성격을 나타내기 위하여 통용합니다.

그 목적을 위해, 탈구 역동성의 과거 컴퓨터 모의 실험은 근원 끊음 강하게 하기로 불린 submicrometer 금속 기둥에 있는 자유로운 표면에 의해 중재된 새로운 규모 의존하는 강하게 하는 기계장치를 제시했습니다9. 이 프로세스는 비활동성이라고 유지되는 더 짧은 단 하나 무기 근원을 형성하기 위하여 자유로운 표면을 교차 통과하는 선재한 탈구 루프의 끊기에 적용되는 긴장에 있는 충분한 상승이 있을 때까지 대응합니다. 탈구 기아에 의하여 강하게 하는 두번째 표면 중재된 기계장치는, 플라스틱 개악이 근원 한정되게 되더라도 의 한도까지 탈구 곱셈을 위해 그것을 초과하기 위하여 자유로운 표면에 탈구 도주의 비율이 있을 때 제시되었습니다10.

규모 대 쌍둥이 경계

젖은 화학 성장 물리적인 공술서에서 상향식 접근에 의해 증가된 금 nanowires는 전형적으로 직경과 결함이 없는 결정에 있는 100개 nm 이하 입니다. 이론에서는, 극초단파 병력 접근을 위한 이상 체계가 이것에 의하여 그(것)들에게 합니다. 그 같은 작은 양이 쉽게 탈구를 저장하기 수 없기 때문에, 골절은 자유로운 표면에서 개시된 지방화한 수정같은 미끄러짐에 의해 즉 과민합니다 제어해 입니다11. 역시, 한쌍으로 하는 것은 nanoscale 결정 성장 도중 편재하 생기고 금 nanowires에 있는 수정같은 가소성을 향상하기 위하여 있습니다.

숫자 1은 개요로 젖은 화학에서 금 nanowires에서 실험적으로 관찰된 한쌍으로 한 미세의 다른 모형을 디스플레이합니다. 대규모 분자동역학 시뮬레이션은 금 nanowires에 nanoscale 쌍둥이의 추가가 긴장에 있는 증가에 작동하거나 단위 길이 당 쌍둥이의 견본 둘 다 직경 그리고 수에 따라서 미끄러짐에 그들의 저항을, 줄일 수 있다는 것을 과거에는 제시했습니다12,13.

숫자 1: 젖은 화학에 의해 증가되는 금 nanowires에서 관찰되는 한쌍으로 한 미세의 다른 모형. (a) 결함이 없는 원형 nanowire. (b) 일정한 쌍둥이 경계 간격을 가진 정기적 한쌍으로 한 원형 nanowire (TBS). (c) {111의} 면 및 일정한 TBS로 만드는 지그재그 표면 형태학을 가진 정기적 한쌍으로 한 nanowire.

더구나, 즉 과민한 행동에서 중요한 긴장 강하게 하기에 예리한 전환 및 직경에 극초단파 플라스틱 교류 긴장은 간격을 두는을 위해 정기적 한쌍으로 한 금 nanowires에서 쌍둥이 경계의 적당한 (TBS) 비율 관찰되었습니다14,15. 예를 들면, 숫자 2는 긴장에서 연성이 있는 골절에 의해 모양없이 한 정기적 한쌍으로 한 금 nanowire를 위한 원자 수준 시뮬레이션 스냅을 보여줍니다. 이런 경우에, 선재한 쌍둥이 경계에 의해 수정같은 미끄러짐의 방해 때문에 중요한 긴장 강하게 하는 효력은 일어났습니다. 이것은 최대 장력 강도가 대량 장력 강도 보다는 더 큽니다 이상의 25 시간 3.2 GPa, 그것 상승하는 원인이 되었습니다.

숫자 2: 순수한 긴장의 밑에 정기적 한쌍으로 한 금 nanowire에 있는 플라스틱 개악 그리고 연성이 있는 골절의 원자 수준 컴퓨터 모의 실험.

규모 대 지상 형태학

탈구 핵형성과 이렇게 탄성 한계를 위해 요구된 긴장을 줄이기 위하여 지상 결점이 작동한다는 것을 거시적으로, 크게 승인됩니다. 최근 원자 시뮬레이션은, 그러나, 지금 막 금 nanowires에 있는 반대 동향을 예상했습니다. {숫자 1c에서 보인 그것과 유사한 111의} 표면 면으로 이루어져 있는 복잡한 지그재그 형태학을 가진 금 nanowires의 장력 강도가, 가깝 이상적인 긴장 수준 (5.5 GPa)에 대응하는 대량 금의 그것 보다는 더 클 이상의 45 시간 수 있다는 것을 것을 특히, 발견되었습니다16.

게다가, 그밖 시뮬레이션은 원형 단면을 가진 결함이 없는 Au nanowires와 비교하여 다른 온도에 이 정기적 한쌍으로 한 지그재그 Au nanowires에 있는 긴장 비율 감도에 있는 극적인 감소를 보여주었습니다17. 이 행동은 nanoscale의 소개가 긴장 비율에 중요하게 증가하는 항복 응력 감도를 어디에 한쌍으로 하는지 일반적으로 금 같이 부피에 의하여 마스크 중심에 있던 입방 금속에서 관찰된 그것과 표시되어 있 다릅니다. 한쌍으로 한 Au nanowires에서 지상에게 면을 내는 것은 마스크 중심에 있던 입방 금속에서 관찰된 일반적인 {111의} <112> 부분적인 미끄러짐 대신에 {001의} <110> 미끄러짐 시스템에 따라서 가득 차있는 탈구의 핵형성 그리고 번식에 비발한 열매를 산출 가공 관련되는 것, 초래합니다. 요약하자면, 이 시뮬레이션은 nanowires에 있는 금의 이상적인 병력에 접근하기 위하여 쌍둥이와 표면 면과 같은 특별한 결점이 이용될 수 있다는 것을 건의합니다.

수신 확인

미국 국립 과학 재단 (교부금 DMR-0747658)에게서 지원과 버몬트에 의하여 진행된 계산 센터의 컴퓨터 자원은 고맙게 여기 인정됩니다.


참고

  1. Frenkel, J. 의 Zur Theorie der Elastizitätsgrenze und der Festigkeit kristallinischer Körper. Zeitschrift für Physik, 1926년. 37: p. 572-609.
  2. "곳수염"의 Brenner, S.S., 성장 및 속성. Science 1958년. 128(3324): p. 569-575.
  3. Gao, J. 및 B. Xu 의 세포 안쪽에 nanomaterials의 응용. Nano 오늘 2009년. 4(1): p. 37-51.
  4. Lal, S., S. Link, 및 뉴저지 Halas 의에서 waveguiding에 Nano 광학 느끼기. 성격 Photonics 2007년. 1(11): p. 641-648.
  5. Lu, Y., 그 외 여러분, ultrathin 금 nanowires의 찬 용접. 성격 나노 과학 2010년. 5(3): p. 218-224.
  6. Ratner, M. 및 D. Ratner 의 나노 과학: 다음 큰 아이디어에 온화한 소개. 2002년: 선취 홀. 208.
  7. Uchic, M.D., 그 외 여러분, 견본 차원 영향 병력과 결정 가소성. 과학 2004년. 305(5686): p. 986-989.
  8. nano 가늠자에 금과 몸리브덴 단결정의 김, J.Y. 및 J.R. Greer, 장력 및 압축 행동. Acta Materialia 2009년. 57(17): p. 5245-5253.
  9. Parthasarathy, T.A., 그 외 여러분, 유한 견본에 있는 탈구 근원 길이의 stochastics에서 항복 강도의 크기 효과에 기여금. Scripta Materialia 2007년. 56(4): p. 313-316.
  10. Greer, J.R. 및 W.D. Nix 의 탈구 기아를 통해 강화되는 Nanoscale 금 기둥. 물리적인 검토 B 2006년. 73(24): p. 245410.
  11. Richter, 물리적인 수증기 공술서에 의해 증가되는 G., 그 외 여러분, 극초단파 병력 단 하나 크리스탈 Nanowhiskers. Nano 편지 2009년. 9(8): p. 3048-3052.
  12. Deng, C. 및 F. Sansoz 의 사이트 특정 지상 탈구 방출에 의해 중재되는 한쌍으로 한 금 nanowires에 있는 규모 의존하는 항복 응력. 적용 물리학 편지 2009년. 95(9): p. 091914.
  13. Deng, C. 및 F. Sansoz 의 구부려진 탈구에 쌍둥이 경계 및 한쌍으로 한 nanowires의 열매를 산출에 그것의 역할의 반발력. Scripta Materialia 2010년. 63(1): p. 50-53.
  14. Au에 있는 정기적으로 한쌍으로 한 nanowires의 가소성에 있는 Deng, C. 및 F. Sansoz, 기본 다름, Ag, 알루미늄, Cu, Pb 및 Ni. Acta Materialia 2009년. 57(20): p. 6090-6101.
  15. Deng, C. 및 F. Sansoz, 한쌍으로 한 금 Nanowires에서 극초단파에게 플라스틱 교류 그리고 일 강하게 하기 가능하게 하기. Nano 편지 2009년. 9(4): p. 1517-1522년.
  16. Deng, C. 및 F. Sansoz 의 Microstructural 디자인을 통해 달성되는 금 Nanowires에 있는 가깝 이상적인 병력. Nano ACS, 2009년. 3(10): p. 3001-3008.
  17. Deng, C. 및 F. Sansoz 의 다른 온도에 금 nanowires의 긴장 비율 감도에 대한 쌍둥이와 표면 면의 효력. 물리적인 검토 B 2010년. 81(15): p. 155430.

, 저작권 AZoNano.com Frederic Sansoz (버몬트의 대학) 교수

Date Added: Dec 13, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:23

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