Site Sponsors
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions

De Studie van Nanoscale van Radiation-Induced Schade

Published on November 19, 2012 at 3:46 AM

om de volgende generatie van kernreactors te bouwen, proberen de materialenwetenschappers om de geheimen van bepaalde materialen te openen die verdraagzame straling-schade zijn.

Een koper en ijzer nano pijler die met helium is geïnplanteerd (zoals gezien met een aftastenelektronenmicroscoop). De pijl richt aan de interface tussen de twee metalen. Krediet: Peri Landau et al. /Caltech

Nu hebben de onderzoekers bij het Instituut van Californië van Technologie (Caltech) nieuw begrip aan één van die gebracht geheim-hoe de interfaces tussen twee zorgvuldig geselecteerde metalen kunnen absorberen of, helen, stralingsschade.

„Wanneer het over het selecteren van juiste structurele materialen voor geavanceerde kernreactors komt, is het essentieel dat wij stralingsschade en zijn gevolgen voor materialeneigenschappen begrijpen. En wij moeten deze gevolgen voor geïsoleerde kleinschalige eigenschappen bestuderen,“ zegt Julia R. Greer, een hulpprofessor van materialenwetenschap en werktuigkundigen in Caltech. Met dat in mening, hebben Greer en de collega's van Nationale Laboratoria Caltech, Sandia, het Nationale Laboratorium van UC Berkeley, en Los Alamos een dichtere blik bij radiation-induced schade genomen, zoemend op al manier aan nanoscale-waar de lengten in miljardsten van meters worden gemeten. Hun resultaten verschijnen online in de dagboeken Functionele Materialen en Klein Vooruitging.

Tijdens kernstraling, verplaatsen de energieke deeltjes zoals neutronen en ionen atomen van hun regelmatige roosterplaatsen binnen de metalen die omhoog een reactor maken, veroorzakend cascades van botsingen die uiteindelijk materialen zoals staal beschadigen. Één van de bijproducten van dit proces is de vorming van heliumbellen. Aangezien het helium niet binnen stevige materialen oplost, vormt het onder druk gezette gasbellen die zich kunnen samenvoegen, makend materiële poreus, bros, en daarom vatbaar voor breuk.

Sommige nano-gebouwde materialen kunnen zich tegen dergelijke schade verzetten en kunnen, bijvoorbeeld, heliumbellen zich samen te voegen in grotere leegten verhinderen. Bijvoorbeeld, metaal-zijn sommige metaaldie nanolaminates-materialen uit uiterst dunne afwisselende lagen van verschillend worden samengesteld bekwaam diverse soorten radiation-induced tekorten bij de interfaces tussen de lagen wegens de wanverhouding absorberen die tussen hun kristalstructuren bestaat.

De „Mensen hebben een idee, van berekeningen, van wat de interfaces als geheel kunnen doen, en zij weten van experimenten wat hun gecombineerd globaal effect is. Wat niet zij weten is wat precies één individuele interface doet en welke specifieke rol de nanoscaledimensies speelt,“ zegt Greer. „En dat is wat wij konden onderzoeken.“

Landauer en Guo Qiang, beide post-doctorale geleerden van Peri in het laboratorium van Greer op het tijdstip van deze studie, gebruikten een chemische procedure genoemd galvaniserend of miniatuurpijlers van zuiver koper of pijlers kweken die precies één bevatten waarinterface-in een ijzerkristal boven op een koperkristal zit. Dan, werkend met partners bij Sandia en Los Alamos om het effect van heliumstraling te herhalen, inplanteerden zij die nanopillars met heliumionen, allebei direct bij de interface en, in afzonderlijke experimenten, door de pijler.

De onderzoekers gebruikten toen een one-of-a-kind nanomechanical het testen instrument, genoemd SEMentor, die in subbasement van de Laboratoria van W.M. Keck Engineering bouwend in Caltech wordt gevestigd, zowel de uiterst kleine pijlers samenpersen als op hen als manier trekken om te leren over de mechanische eigenschappen van pijler-hoe hun lengte veranderde toen een bepaalde spanning werd toegepast, en waar zij, bijvoorbeeld braken.

„Deze experimenten zijn zeer gevoelig, zeer,“ de Landauer zegt. „Als u over het denkt, lang-is elke één van pijler-die slechts 100 nanometers wijd en ongeveer 700 nanometers zijn duizend keer verdunner dan één enkele bundel van haar. Wij kunnen hen met high-resolution microscopen slechts zien.“

Het team vond dat zodra zij een kleine hoeveelheid helium in een pijler bij de interface tussen de ijzer en koperkristallen opnamen, de sterkte van de pijler met meer dan 60 percenten in vergelijking met een pijler zonder helium steeg. Dat veel werd verwacht, verklaart de Landauer, omdat „de straling die een bekend fenomeen in bulkmaterialen.“ is verharden Nochtans, neemt van zij nota, dergelijke is het verharden typisch verbonden met bros maken, „en wij willen bros geen materialen zijn.“

Verrassend, vonden de onderzoekers dat in hun nanopillars, de verhoging van sterkte niet samen met bros maken kwam, of toen het helium bij de interface werd geïnplanteerd, of toen het ruimer werd verdeeld. Gevonden Greer en haar team, het materiaal kon namelijk zijn rekbaarheid handhaven omdat de interface zelf geleidelijk aan onder spanning kon misvormen.

Dit betekent dat in een metaalnanolaminate de materiële, kleine heliumbellen aan een interface kunnen migreren, die nooit meer dan een paar tientallen weg nanometers is, hoofdzakelijk helend het materiaal. „Wat wij tonen is dat het niet als de bel binnen de interface is of uniform de ver*delen-pijlers niet ooit op een catastrofale, abrupte manier ontbreken,“ Greer zegt van belang is. Zij merkt op dat het geïnplanteerde helium bel-dat in de Geavanceerde Functionele Materialen worden beschreven één tot twee nanometers in diameter papier-was; voortaan zullen de studies, de groep het experiment met grotere bellen bij hogere temperaturen herhalen om extra voorwaarden te vertegenwoordigen met betrekking tot stralingsschade.

In het Kleine document, toonden de onderzoekers aan dat nanopillars volledig zelfs gemaakt van koper, zonder het in lagen aanbrengen van metalen, het irradiation-induced verharden tentoonstelde. Dat bevindt zich in schril contrast aan de resultaten van voorafgaand werk door andere onderzoekers op Proton-bestraald koper nanopillars, dat de zelfde sterke punten aangezien die tentoonstelde die niet waren bestraald. Greer zegt dat dit aan de behoefte richt om verschillende soorten irradiation-induced tekorten bij nanoscale te evalueren, omdat zij allen de zelfde gevolgen voor materialen kunnen niet hebben.

Terwijl niemand waarschijnlijk zal kernreactors uit nanopillars bouwen op om het even welk ogenblik spoedig, debatteert Greer dat het belangrijk is om te begrijpen hoe de individuele interfaces en nanostructures zich gedragen. „Dit werk is fundamenteel onderwijzend ons wat materialen de capaciteit geeft om straling te helen schade-welke tolerantie zij en hoe te om hen te ontwerpen hebben,“ zij zegt. Die informatie kan in toekomstige modellen van materieel gedrag worden opgenomen dat met het ontwerp van nieuwe materialen kan helpen.

Bron: http://www.caltech.edu/

Last Update: 19. November 2012 04:30

Tell Us What You Think

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

Leave your feedback
Submit