סופר אלסטיות הנגרמת על ידי חמצון בננו-צינורות זכוכית מתכתיים

(חדשות Nanowerk) חמצון יכול לפגוע בתכונות ובפונקציונליות של מתכות. עם זאת, צוות מחקר בראשות מדענים מאוניברסיטת סיטי של הונג קונג (CityU) מצא לאחרונה כי ננו-צינוריות זכוכית מתכתית מחומצנת חמורה יכולות להגיע למתח אלסטי הניתן לשחזור גבוה במיוחד, ולעלות על רוב המתכות הסופר-אלסטיות הקונבנציונליות. הם גם גילו את המנגנונים הפיזיים העומדים בבסיס העל-גמישות הזו. הגילוי שלהם מרמז שחמצון בזכוכית מתכתית במימד נמוך יכול לגרום לתכונות ייחודיות ליישומים בחיישנים, מכשירים רפואיים וננו-מכשירים אחרים. הממצאים פורסמו ב חומרי טבע ("על אלסטיות הנגרמת על ידי חמצון בננו-צינורות זכוכית מתכתיים"). (משמאל) תמונה של ננו-צינורות זכוכית מתכתיים שיוצרו על סיליקון ו-(מימין) תמונת מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת של ננו-צינורות זכוכית מתכתיים. (תמונה: קבוצת המחקר של פרופסור יאנג יונג / אוניברסיטת העיר של הונג קונג) בשנים האחרונות, התכונות התפקודיות והמכניות של מתכות נמוכות ממדים, כולל ננו-חלקיקים, ננו-צינורות וננו-גליונות, משכו תשומת לב ליישומים הפוטנציאליים שלהן במכשירים בקנה מידה קטן, כגון חיישנים, ננו-רובוטים ומטא-חומרים. עם זאת, רוב המתכות פעילות אלקטרוכימית ורגישות לחמצון בסביבות הסביבה, מה שלעתים קרובות פוגע בתכונות ובפונקציונליות שלהן. "לננו-חומרים מתכתיים יש יחס משטח לנפח גבוה, שיכול להיות עד 108 מ'-1. אז באופן עקרוני, הם צפויים להיות מועדים במיוחד לחמצון", אמר פרופסור יאנג יונג, במחלקה להנדסת מכונות ב-CityU, שהוביל את צוות המחקר יחד עם משתפי הפעולה שלו. "כדי להשתמש במתכות בעלות מימדים נמוכים כדי לפתח מכשירים ומטא-חומר מהדור הבא, עלינו להבין היטב את ההשפעות השליליות של חמצון על המאפיינים של ננו-מתכות אלו ואז למצוא דרך להתגבר עליהן." לפיכך, פרופסור יאנג וצוותו חקרו חמצון בננו-מתכות, ובניגוד חד לציפיותיהם, הם גילו שננו-צינוריות זכוכית מתכתית חמצונית חמורה ויריעות ננו יכולות להגיע למתח אלסטי הניתן לשחזור גבוה במיוחד של עד כ-14% בטמפרטורת החדר, העולה על ביצועים רבים יותר. משקפיים מתכתיים, ננו-חוטי זכוכית מתכתיים ומתכות סופר אלסטיות רבות אחרות. הם ייצרו ננו-צינורות זכוכית מתכתיים בעובי דופן ממוצע של 20 ננומטר בלבד, ויצרו ננו-יריעות ממצעים שונים, כמו נתרן כלורי, אלכוהול פוליוויניל ומצעים פוטו-רזיסטים רגילים, עם רמות שונות של ריכוז חמצן. לאחר מכן הם ערכו טומוגרפיה תלת-ממדית של בדיקת אטום (APT) ומדידות ספקטרוסקופיה של אובדן אנרגיית אלקטרונים. בשתי התוצאות, התחמוצות התפזרו בתוך ננו-צינורות הזכוכית המתכתיים והננו-יריעות, בניגוד למתכות בתפזורת קונבנציונלית, שבהן נוצרת שכבת תחמוצת מוצקה על פני השטח. כאשר ריכוז החמצן בדגימות גדל עקב תגובות מתכת-מצע, נוצרו רשתות תחמוצות מחוברות ומחלחלות בתוך הננו-צינורות והננו-יריעות. מדידות מיקרו-דחיסה במקום גילו גם כי ננו-צינורות הזכוכית המתכתיים והננו-גליונות שהתחמצנו בצורה חמורה הציגו מתח בר-שיחזור של 10-20%, שהיה פי כמה יותר מזה של רוב המתכות העל-אלסטיות הקונבנציונליות, כגון סגסוגות זיכרון צורות ומתכות מסטיק. לננו-צינורות היה גם מודול אלסטי נמוך במיוחד של כ-20-30 GPa. כדי להבין את המנגנון שמאחורי זה, הצוות ערך סימולציות אטומיסטיות, שהצביעו על כך שהעל-אלסטיות מקורה בחמצון חמור בננו-צינורות וניתן לייחס אותה להיווצרות רשת חלחול סובלנית לנזק של ננו-תחמוצות במבנה האמורפי. רשתות תחמוצת אלו לא רק מגבילות אירועים פלסטיים בקנה מידה אטומי במהלך הטעינה, אלא גם מובילות להתאוששות של קשיחות אלסטית בפריקה בננו-צינורות זכוכית מתכתיים. "המחקר שלנו מציג גישה הנדסית ננו-אוקסיד למשקפיים מתכתיים במימד נמוך. ניתן לתמרן את המורפולוגיה של ננו-תחמוצות בתוך ננו-צינורות זכוכית מתכתיים וננו-יריעות על ידי התאמת ריכוז התחמוצת, החל מפיזור מבודד לרשת מחוברת", אמר פרופסור יאנג. "עם גישה זו, אנו יכולים לפתח מחלקה של חומרים מרוכבים קרמיים-מתכתיים הטרוגניים בננו על ידי מיזוג מתכות עם תחמוצות בקנה מידה ננו.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64574.php