Super-elasticitate indusă de oxidare în nanotuburi metalice de sticlă

(Știri Nanowerk) Oxidarea poate degrada proprietățile și funcționalitatea metalelor. Cu toate acestea, o echipă de cercetare condusă de oamenii de știință de la Universitatea City din Hong Kong (CityU) a descoperit recent că nanotuburile de sticlă metalică puternic oxidate pot atinge o tulpină elastică recuperabilă ultraînaltă, depășind majoritatea metalelor super-elastice convenționale. Ei au descoperit, de asemenea, mecanismele fizice care stau la baza acestei super-elasticități. Descoperirea lor implică faptul că oxidarea în sticlă metalică de dimensiuni reduse poate duce la proprietăți unice pentru aplicații în senzori, dispozitive medicale și alte nanodispozitive. Constatările au fost publicate în Materiale Natura („Superelasticitatea indusă de oxidare în nanotuburi metalice de sticlă”). (Stânga) Fotografie cu nanotuburi din sticlă metalică fabricate pe siliciu și (dreapta) o imagine cu microscopie electronică de scanare a nanotuburilor din sticlă metalică. (Imagine: Grupul de cercetare al profesorului Yang Yong / Universitatea City din Hong Kong) În ultimii ani, proprietățile funcționale și mecanice ale metalelor cu dimensiuni reduse, inclusiv nanoparticule, nanotuburi și nanofoi, au atras atenția pentru potențialele lor aplicații în dispozitive la scară mică, precum senzori, nano-roboți și metamateriale. Cu toate acestea, majoritatea metalelor sunt active electrochimic și susceptibile la oxidare în mediul ambiant, ceea ce adesea le degradează proprietățile și funcționalitățile. „Nanomaterialele metalice au un raport mare suprafață-volum, care poate fi de până la 108 m-1. Deci, în principiu, se așteaptă ca aceștia să fie deosebit de predispuși la oxidare”, a spus profesorul Yang Yong, de la Departamentul de Inginerie Mecanică de la CityU, care a condus echipa de cercetare împreună cu colaboratorii săi. „Pentru a folosi metale cu dimensiuni reduse pentru a dezvolta dispozitive și metamateriale de ultimă generație, trebuie să înțelegem temeinic efectele adverse ale oxidării asupra proprietăților acestor nanometale și apoi să găsim o modalitate de a le depăși.” Prin urmare, profesorul Yang și echipa sa au investigat oxidarea în nanometale și, în contrast puternic cu așteptările lor, au descoperit că nanotuburile și nanofile de sticlă metalică puternic oxidate pot atinge o deformare elastică recuperabilă ultra-înaltă de până la aproximativ 14% la temperatura camerei, care depășește performanța în vrac. ochelari metalici, nanofire metalice din sticlă și multe alte metale super-elastice. Ei au realizat nanotuburi metalice de sticlă cu o grosime medie a peretelui de doar 20 nm și au fabricat nanofoi din diferite substraturi, cum ar fi clorură de sodiu, alcool polivinilic și substraturi fotorezistente convenționale, cu diferite niveluri de concentrație de oxigen. Apoi au efectuat tomografie 3D cu sondă atomică (APT) și măsurători prin spectroscopie de pierdere de energie a electronilor. În ambele rezultate, oxizii au fost dispersați în nanotuburile și nanofile metalice de sticlă, spre deosebire de metalele convenționale în vrac, în care se formează un strat de oxid solid la suprafață. Pe măsură ce concentrația de oxigen din probe a crescut din cauza reacțiilor metal-substrat, în interiorul nanotuburilor și nanofoilor s-au format rețele de oxid conectate și percolate. Măsurătorile de microcompresie in situ au dezvăluit, de asemenea, că nanotuburile și nanofoile de sticlă metalică puternic oxidate au prezentat o tulpină recuperabilă de 10-20%, care a fost de câteva ori mai mare decât cea a majorității metalelor superelastice convenționale, cum ar fi aliajele cu memorie de formă și metalele de gumă. Nanotuburile au avut, de asemenea, un modul elastic ultra-scăzut de aproximativ 20-30 GPa. Pentru a înțelege mecanismul din spatele acestui lucru, echipa a efectuat simulări atomistice, care au indicat că superelasticitatea provine din oxidarea severă a nanotuburilor și poate fi atribuită formării unei rețele de percolare tolerante la deteriorare a nano-oxizilor în structura amorfă. Aceste rețele de oxizi nu numai că limitează evenimentele plastice la scară atomică în timpul încărcării, dar conduc și la recuperarea rigidității elastice la descărcare în nanotuburi metalice de sticlă. „Cercetarea noastră introduce o abordare de inginerie a nano-oxidului pentru ochelarii metalici de dimensiuni joase. Morfologia nano-oxizilor din nanotuburi de sticlă metalică și nanofoi poate fi manipulată prin ajustarea concentrației de oxid, variind de la dispersii izolate la o rețea conectată”, a spus profesorul Yang. „Cu această abordare, putem dezvolta o clasă de compozite ceramice-metal nanostructurate eterogene prin amestecarea metalelor cu oxizi la scară nanometrică.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64574.php