Oksidasjonsindusert superelastisitet i nanorør av metallisk glass

(Nanowerk Nyheter) Oksidasjon kan forringe egenskapene og funksjonaliteten til metaller. Imidlertid har et forskerteam ledet av forskere fra City University of Hong Kong (CityU) nylig funnet ut at sterkt oksiderte metalliske glassnanorør kan oppnå en ultrahøy utvinnbar elastisk belastning, og overgå de fleste konvensjonelle superelastiske metaller. De oppdaget også de fysiske mekanismene som ligger til grunn for denne superelastisiteten. Oppdagelsen deres innebærer at oksidasjon i metallisk glass med lav dimensjon kan resultere i unike egenskaper for applikasjoner i sensorer, medisinsk utstyr og andre nanoenheter. Funnene ble publisert i Nature Materials ("Oksidasjonsindusert superelastisitet i nanorør av metallisk glass"). (Venstre) Foto av nanorør av metallisk glass laget på silisium og (til høyre) et skanningselektronmikroskopi av nanorørene av metallisk glass. (Bilde: Professor Yang Yongs forskningsgruppe / City University of Hong Kong) De siste årene har de funksjonelle og mekaniske egenskapene til lavdimensjonale metaller, inkludert nanopartikler, nanorør og nanoark, fått oppmerksomhet for deres potensielle bruksområder i småskala enheter, som sensorer, nano-roboter og metamaterialer. Imidlertid er de fleste metaller elektrokjemisk aktive og mottakelige for oksidasjon i omgivelsesmiljøer, noe som ofte forringer deres egenskaper og funksjonalitet. "Metalliske nanomaterialer har et høyt overflate-til-volum-forhold, som kan være opptil 108m-1. Så i prinsippet forventes de å være spesielt utsatt for oksidasjon, sier professor Yang Yong, ved Institutt for maskinteknikk ved CityU, som ledet forskerteamet sammen med sine samarbeidspartnere. "For å bruke lavdimensjonale metaller til å utvikle neste generasjons enheter og metamaterialer, må vi grundig forstå de negative effektene av oksidasjon på egenskapene til disse nanometallene og deretter finne en måte å overvinne dem." Derfor undersøkte professor Yang og teamet hans oksidasjon i nanometaller, og i skarp kontrast til deres forventninger fant de at alvorlig oksiderte metalliske nanorør og nanoark kan oppnå en ultrahøy utvinnbar elastisk belastning på opptil ca. 14 % ved romtemperatur, som overgår bulk metallglass, metallisk glass nanotråder og mange andre superelastiske metaller. De laget nanorør av metallisk glass med en gjennomsnittlig veggtykkelse på bare 20nm, og produserte nanoark fra forskjellige substrater, som natriumklorid, polyvinylalkohol og konvensjonelle fotoresistsubstrater, med forskjellige nivåer av oksygenkonsentrasjon. De utførte deretter 3D atom probe tomography (APT) og elektronenergitapsspektroskopi. I begge resultatene ble oksider spredt i de metalliske glassnanorørene og nanoarkene, i motsetning til konvensjonelle bulkmetaller, der det dannes et fast oksidlag på overflaten. Etter hvert som oksygenkonsentrasjonen i prøvene økte på grunn av metall-substratreaksjoner, ble det dannet koblede og perkolerende oksidnettverk inne i nanorørene og nanoarkene. In-situ mikrokompresjonsmålinger avslørte også at de sterkt oksiderte metalliske glassnanorørene og nanoarkene viste en utvinnbar belastning på 10–20 %, som var flere ganger mer enn for de fleste konvensjonelle superelastiske metaller, som formminnelegeringer og gummimetaller. Nanorørene hadde også en ultralav elastisitetsmodul på omtrent 20–30 GPa. For å forstå mekanismen bak dette, gjennomførte teamet atomistiske simuleringer, som indikerte at superelastisiteten stammer fra alvorlig oksidasjon i nanorørene og kan tilskrives dannelsen av et skadetolerant perkolasjonsnettverk av nanooksider i den amorfe strukturen. Disse oksidnettverkene begrenser ikke bare plasthendelser i atomskala under lasting, men fører også til gjenvinning av elastisk stivhet ved lossing i nanorør av metallisk glass. "Vår forskning introduserer en nanooksidteknisk tilnærming for lavdimensjonale metallglass. Morfologien til nanooksider i nanorør og nanoark av metallisk glass kan manipuleres ved å justere oksidkonsentrasjonen, alt fra isolerte dispersjoner til et tilkoblet nettverk,” sa professor Yang. "Med denne tilnærmingen kan vi utvikle en klasse av heterogene nanostrukturerte keramiske metallkompositter ved å blande metaller med oksider på nanoskala.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64574.php