Υπερ-ελαστικότητα που προκαλείται από την οξείδωση σε μεταλλικούς γυάλινους νανοσωλήνες

(Ειδήσεις Nanowerk) Η οξείδωση μπορεί να υποβαθμίσει τις ιδιότητες και τη λειτουργικότητα των μετάλλων. Ωστόσο, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τους επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο City του Χονγκ Κονγκ (CityU) διαπίστωσε πρόσφατα ότι οι έντονα οξειδωμένοι μεταλλικοί νανοσωλήνες γυαλιού μπορούν να επιτύχουν μια εξαιρετικά υψηλή ανακτήσιμη ελαστική τάση, ξεπερνώντας τα περισσότερα συμβατικά υπερελαστικά μέταλλα. Ανακάλυψαν επίσης τους φυσικούς μηχανισμούς που στηρίζουν αυτή την υπερ-ελαστικότητα. Η ανακάλυψή τους υποδηλώνει ότι η οξείδωση σε μεταλλικό γυαλί χαμηλής διάστασης μπορεί να οδηγήσει σε μοναδικές ιδιότητες για εφαρμογές σε αισθητήρες, ιατρικές συσκευές και άλλες νανοσυσκευές. Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στο Φύση Υλικά («Υπερελαστικότητα που προκαλείται από οξείδωση σε μεταλλικούς γυάλινους νανοσωλήνες»). (Αριστερά) Φωτογραφία νανοσωλήνων από μεταλλικό γυαλί κατασκευασμένα σε πυρίτιο και (δεξιά) εικόνα ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης των νανοσωλήνων από μεταλλικό γυαλί. (Εικόνα: ερευνητική ομάδα του καθηγητή Yang Yong / City University of Hong Kong) Τα τελευταία χρόνια, οι λειτουργικές και μηχανικές ιδιότητες των μετάλλων χαμηλών διαστάσεων, συμπεριλαμβανομένων των νανοσωματιδίων, των νανοσωλήνων και των νανοφύλλων, έχουν συγκεντρώσει την προσοχή για τις πιθανές εφαρμογές τους σε συσκευές μικρής κλίμακας. όπως αισθητήρες, νανορομπότ και μεταϋλικά. Ωστόσο, τα περισσότερα μέταλλα είναι ηλεκτροχημικά ενεργά και ευαίσθητα στην οξείδωση σε περιβάλλοντα περιβάλλοντος, γεγονός που συχνά υποβαθμίζει τις ιδιότητες και τις λειτουργικότητες τους. «Τα μεταλλικά νανοϋλικά έχουν υψηλή αναλογία επιφάνειας προς όγκο, η οποία μπορεί να φτάσει τα 108 m-1. Επομένως, κατ' αρχήν, αναμένεται να είναι ιδιαίτερα επιρρεπείς στην οξείδωση», δήλωσε ο καθηγητής Yang Yong, στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών στο CityU, ο οποίος ηγήθηκε της ερευνητικής ομάδας μαζί με τους συνεργάτες του. «Για να χρησιμοποιήσουμε μέταλλα χαμηλών διαστάσεων για την ανάπτυξη συσκευών και μεταυλικών επόμενης γενιάς, πρέπει να κατανοήσουμε διεξοδικά τις αρνητικές επιπτώσεις της οξείδωσης στις ιδιότητες αυτών των νανομετάλλων και στη συνέχεια να βρούμε έναν τρόπο να τις ξεπεράσουμε». Ως εκ τούτου, ο καθηγητής Yang και η ομάδα του ερεύνησαν την οξείδωση στα νανομέταλλα και, σε αντίθεση με την προσδοκία τους, διαπίστωσαν ότι οι νανοσωλήνες και τα νανοφύλλα από μεταλλικό γυαλί με έντονη οξείδωση μπορούν να επιτύχουν μια εξαιρετικά υψηλή ανακτήσιμη ελαστική τάση έως και περίπου 14% σε θερμοκρασία δωματίου, η οποία υπερτερεί του όγκου μεταλλικά γυαλιά, νανοσύρματα από μεταλλικό γυαλί και πολλά άλλα υπερελαστικά μέταλλα. Κατασκεύασαν μεταλλικούς γυάλινους νανοσωλήνες με μέσο πάχος τοιχώματος μόλις 20 nm και κατασκεύασαν νανοφύλλα από διαφορετικά υποστρώματα, όπως χλωριούχο νάτριο, πολυβινυλική αλκοόλη και συμβατικά φωτοανθεκτικά υποστρώματα, με διαφορετικά επίπεδα συγκέντρωσης οξυγόνου. Στη συνέχεια διεξήγαγαν τρισδιάστατη τομογραφία ατόμων ανιχνευτή (APT) και μετρήσεις φασματοσκοπίας απώλειας ενέργειας ηλεκτρονίων. Και στα δύο αποτελέσματα, τα οξείδια διασκορπίστηκαν μέσα στους μεταλλικούς γυάλινους νανοσωλήνες και τα νανοφύλλα, σε αντίθεση με τα συμβατικά χύμα μέταλλα, στα οποία σχηματίζεται ένα στερεό στρώμα οξειδίου στην επιφάνεια. Καθώς η συγκέντρωση οξυγόνου στα δείγματα αυξήθηκε λόγω των αντιδράσεων μετάλλου-υποστρώματος, δημιουργήθηκαν συνδεδεμένα και διηθούμενα δίκτυα οξειδίων μέσα στους νανοσωλήνες και τα νανοφύλλα. Οι επιτόπιες μετρήσεις μικροσυμπίεσης αποκάλυψαν επίσης ότι οι έντονα οξειδωμένοι μεταλλικοί νανοσωλήνες και νανοφύλλα εμφάνισαν ανακτήσιμη τάση 10-20%, η οποία ήταν αρκετές φορές μεγαλύτερη από αυτή των περισσότερων συμβατικών υπερελαστικών μετάλλων, όπως τα κράματα μνήμης σχήματος και τα μέταλλα κόμμι. Οι νανοσωλήνες είχαν επίσης εξαιρετικά χαμηλό συντελεστή ελαστικότητας περίπου 20–30 GPa. Για να γίνει κατανοητός ο μηχανισμός πίσω από αυτό, η ομάδα διεξήγαγε ατομικιστικές προσομοιώσεις, οι οποίες έδειξαν ότι η υπερελαστικότητα προέρχεται από σοβαρή οξείδωση στους νανοσωλήνες και μπορεί να αποδοθεί στον σχηματισμό ενός δικτύου διήθησης ανθεκτικών στη ζημιά νανοοξειδίων στην άμορφη δομή. Αυτά τα δίκτυα οξειδίων όχι μόνο περιορίζουν τα πλαστικά συμβάντα ατομικής κλίμακας κατά τη φόρτωση, αλλά επίσης οδηγούν στην ανάκτηση της ελαστικής ακαμψίας κατά την εκφόρτωση σε μεταλλικούς γυάλινους νανοσωλήνες. «Η έρευνά μας εισάγει μια προσέγγιση μηχανικής νανοοξειδίου για μεταλλικά γυαλιά χαμηλών διαστάσεων. Η μορφολογία των νανοοξειδίων μέσα σε νανοσωλήνες και νανοφύλλα από μεταλλικό γυαλί μπορεί να τροποποιηθεί ρυθμίζοντας τη συγκέντρωση του οξειδίου, που κυμαίνεται από μεμονωμένες διασπορές έως ένα συνδεδεμένο δίκτυο», δήλωσε ο καθηγητής Yang. «Με αυτήν την προσέγγιση, μπορούμε να αναπτύξουμε μια κατηγορία ετερογενών νανοδομημένων σύνθετων κεραμικών-μετάλλων αναμειγνύοντας μέταλλα με οξείδια σε νανοκλίμακα.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64574.php