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Posted in | Nanomaterials | Nanoanalysis

Materialwissenschaft: Vollendung des Defektes

Published on May 3, 2012 at 11:01 AM

Starke Metalle haben eine Tendenz, weniger duktil zu sein - es sei denn, dass das Metall geschieht, ein eigenartiges Formular des Kupfers zu sein bekannt als nanotwinned Kupfer. Die Kristallstruktur des nanotwinned Kupfers weist viele räumlich knapp bemessenen Unterbrechungen in einer andernfalls regelmäßigen Atomreihe auf. Diese Unterbrechungen, trotz bezeichnet werden „als Defekte“, erhöhen wirklich die Stärke des Metalls, ohne seine Duktilität zu verringern und machen sie attraktiv für Anwendungen wie Halbleiterbauelemente und Dünnfilmbeschichtungen. Jedoch bleibt das Verhältnis zwischen den Eigenschaften dieser Defekte und denen der Metalle, die Defekte enthalten, unklar.

Jetzt haben Zhaoxuan Wu und Mitarbeiter am A*STAR-Institut für die Hochleistungs-Datenverarbeitung jetzt eine umfangreiche numerische Simulation durchgeführt, die Leuchte auf diesem Verhältnis verschüttet. Die Simulation adressierte einige ihrer vorhergehenden, unerklärten experimentellen Daten.

Das Bild zeigt die Simulation eines polykristallinen nanotwinned Kupfers und seiner Defekte während der Zugbelastung. Bildhöflichkeit von Elsevier.

Im Jahre 2009 hatten die Forscher beobachtet, dass die Stärke des nanotwinned Kupfers ein Maximum erreichte, als die Größe der Defekte in seiner Kristallstruktur ungefähr 15 nm war. Als die Defekte kleiner oder vergrößert wurden, verringerte sich die Stärke des Kupfers. Dieses widersprach das klassische Baumuster, das voraussagte, dass die Stärke des Metalls fortwährend erhöhen würde, während die Defektgröße verringert wurde.

Wu und Mitarbeiter adressierten diesen Widerspruch, indem sie eine sehr umfangreiche Simulation der molekularen Dynamik verwendeten, um zu berechnen, wie ein nanotwinned kupferner Kristall, welche aus mehr als 60 Million Atomen besteht, unter Druck sich verformt. Sie beobachteten, dass seine Deformation nach drei Baumustern bewegliche Versetzungen in seiner Kristallstruktur ermöglicht wurde. Beträchtlich fanden sie dieses dieser drei Baumuster der Versetzung, genannt eine Versetzung 60°, eingewirkt auf Defekte auf eine Art, die von der Defektgröße abhing.

Die Versetzungen 60° waren in der Lage, durch kleine Defekte in einer kontinuierlichen Art zu passieren und erstellten viele neuen, in hohem Grade beweglichen Versetzungen, die das Kupfer erwichen. Andererseits als sie große Defekte antrafen, bildete sich ein dreidimensionales Versetzungsnetz, dass aufgetreten als eine Sperre für nachfolgenden Versetzungsantrag und so verstärkte das Kupfer. Die Simulation sagte, dass die Totaldefektgröße, die diese zwei Einfuhrüberwachungen des Verhaltens sich trennt, bei 13 nm auftrat voraus, sehr nah zum experimentell Messwert von 15 nm.

Die Ergebnisse zeigen, dass es viele verschiedenen Deformationsvorrichtungen gibt, die in Nano--strukturierten Materialien wie nanotwinned Kupfer auftreten. Das Verständnis jedes von ihnen erlaubt Wissenschaftlern, Materialeigenschaften zu justieren - während Wu kommentiert: „Zum Beispiel, könnten wir Versetzungssperren vorstellen, um ihren Antrag zu stoppen, oder ändern Sie Defektschnittstellenenergie, um zu ändern, wie sie sich verformen.“ Wu fügt hinzu, dass der nächste Schritt für sein Forschungsteam, die Verschiedenartigkeit in den Defektgrößen innerhalb eines einzelnen Materials zu berücksichtigen ist.

Quelle: a-star.edu.sg

Last Update: 4. May 2012 04:52

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