금속 유리 나노튜브의 산화 유도 초탄성

금속 유리 나노튜브의 산화 유도 초탄성

타임 스탬프 : 2 년 2024 월 3 일 오후 09:XNUMX
소스 노드 : 3093796
02년 2024월 XNUMX일

(나노 워크 뉴스) 산화는 금속의 특성과 기능성을 저하시킬 수 있습니다. 그러나 홍콩 시립대학교(CityU) 과학자들이 공동으로 이끄는 연구팀은 최근 심하게 산화된 금속 유리 나노튜브가 대부분의 기존 초탄성 금속보다 성능이 뛰어난 초고복원 탄성 변형률을 얻을 수 있다는 사실을 발견했습니다. 그들은 또한 이러한 초탄성성을 뒷받침하는 물리적 메커니즘을 발견했습니다. 그들의 발견은 저치수 금속 유리의 산화가 센서, 의료 장치 및 기타 나노 장치에 응용할 수 있는 고유한 특성을 가져올 수 있음을 의미합니다. 연구 결과는 자연 재료 (“금속 유리 나노튜브의 산화 유도 초탄성”). 금속 유리 나노튜브 (왼쪽) 실리콘 위에 제작된 금속 유리 나노튜브 사진과 (오른쪽) 금속 유리 나노튜브의 주사전자현미경 이미지. (이미지 : 양용 교수 연구 그룹 / 홍콩 시립 대학) 최근 몇 년 동안 나노 입자, 나노 튜브, 나노 시트를 포함한 저차원 금속의 기능적 및 기계적 특성이 소형 장치, 센서, 나노로봇, 메타물질 등이 대표적이다. 그러나 대부분의 금속은 전기화학적 활성을 가지며 주변 환경에서 산화되기 쉬우며 이로 인해 특성과 기능이 저하되는 경우가 많습니다. “금속 나노물질은 최대 108m-1에 달하는 높은 표면 대 부피 비율을 가지고 있습니다. 따라서 원칙적으로 특히 산화되기 쉬울 것으로 예상됩니다.”라고 동료들과 함께 연구팀을 이끈 CityU 기계공학과 양용 교수가 말했습니다. “저차원 금속을 사용해 차세대 소자와 메타물질을 개발하려면 산화가 나노금속의 특성에 미치는 악영향을 철저히 이해하고 이를 극복할 수 있는 방법을 찾아야 합니다.” 이에 양 교수팀은 나노금속의 산화에 대해 연구한 결과, 예상과는 달리 심하게 산화된 금속유리 나노튜브와 나노시트가 상온에서 최대 약 14%의 초고복원 탄성변형률을 얻을 수 있다는 사실을 발견했다. 금속 유리, 금속 유리 나노와이어 및 기타 다양한 초탄성 금속. 그들은 평균 벽 두께가 20nm에 불과한 금속 유리 나노튜브를 만들었고 염화나트륨, 폴리비닐 알코올 및 기존 포토레지스트 기판과 같은 다양한 기판에서 산소 농도가 다른 나노시트를 제작했습니다. 그런 다음 그들은 3D 원자 탐침 단층 촬영(APT)과 전자 에너지 손실 분광학 측정을 수행했습니다. 두 결과 모두 표면에 고체 산화물 층이 형성되는 기존의 벌크 금속과 달리 금속 유리 나노튜브와 나노시트 내에 산화물이 분산되어 있는 것으로 나타났다. 금속-기판 반응으로 인해 샘플의 산소 농도가 증가함에 따라 나노튜브와 나노시트 내부에 연결되고 침투하는 산화물 네트워크가 형성되었습니다. 또한 현장 미세압축 측정을 통해 심하게 산화된 금속 유리 나노튜브와 나노시트는 10~20%의 회복 가능한 변형률을 나타냈으며, 이는 형상기억합금 및 고무 금속과 같은 대부분의 기존 초탄성 금속보다 몇 배 더 높은 수치입니다. 나노튜브는 또한 약 20-30 GPa의 매우 낮은 탄성률을 가지고 있습니다. 이에 대한 메커니즘을 이해하기 위해 연구팀은 원자학적 시뮬레이션을 수행했는데, 이는 초탄성이 나노튜브의 심각한 산화에서 발생하고 비정질 구조에서 나노산화물의 손상에 강한 삼출 네트워크의 형성에 기인할 수 있음을 나타냅니다. 이러한 산화물 네트워크는 로딩 중 원자 규모의 플라스틱 현상을 제한할 뿐만 아니라 금속 유리 나노튜브에서 언로딩 시 탄성 강성을 회복시킵니다. “우리 연구에서는 저차원 금속 유리를 위한 나노 산화물 공학적 접근 방식을 도입했습니다. 금속 유리 나노튜브와 나노시트 내 나노 산화물의 형태는 분리된 분산에서 연결된 네트워크에 이르기까지 산화물 농도를 조정하여 조작할 수 있습니다.”라고 Yang 교수는 말했습니다. “이 접근 방식을 통해 우리는 나노 규모에서 금속과 산화물을 혼합하여 이질적인 나노 구조의 세라믹-금속 복합재를 개발할 수 있습니다.

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