Z oksidacijo povzročena superelastičnost v kovinskih steklenih nanocevkah

(Nanowerk novice) Oksidacija lahko poslabša lastnosti in funkcionalnost kovin. Vendar pa je raziskovalna skupina, ki jo skupaj vodijo znanstveniki s City University of Hong Kong (CityU), nedavno ugotovila, da lahko močno oksidirane nanocevke iz kovinskega stekla dosežejo ultravisoko obnovljivo elastično deformacijo, ki prekaša večino običajnih super-elastičnih kovin. Odkrili so tudi fizične mehanizme, ki podpirajo to super-elastičnost. Njihovo odkritje pomeni, da lahko oksidacija v kovinskem steklu nizkih dimenzij povzroči edinstvene lastnosti za uporabo v senzorjih, medicinskih napravah in drugih nanonapravah. Ugotovitve so bile objavljene v Nature Materials ("Oksidacijsko povzročena superelastičnost v kovinskih steklenih nanocevkah"). (Levo) Fotografija kovinsko-steklenih nanocevk, izdelanih na siliciju, in (desno) slika kovinsko-steklenih nanocevk z vrstično elektronsko mikroskopijo. (Slika: raziskovalna skupina profesorja Yang Yonga / City University of Hong Kong) V zadnjih letih so funkcionalne in mehanske lastnosti nizkodimenzionalnih kovin, vključno z nanodelci, nanocevkami in nanoplastmi, pritegnile pozornost zaradi njihove potencialne uporabe v napravah majhnega obsega, kot so senzorji, nano-roboti in metamateriali. Vendar je večina kovin elektrokemično aktivnih in dovzetnih za oksidacijo v okoljih, kar pogosto poslabša njihove lastnosti in funkcionalnost. »Kovinski nanomateriali imajo visoko razmerje med površino in prostornino, ki je lahko do 108 m-1. Zato se načeloma pričakuje, da bodo še posebej nagnjeni k oksidaciji,« je povedal profesor Yang Yong z oddelka za strojništvo na CityU, ki je vodil raziskovalno skupino skupaj s svojimi sodelavci. "Da bi uporabili nizkodimenzionalne kovine za razvoj naprav in metamateriala naslednje generacije, moramo temeljito razumeti škodljive učinke oksidacije na lastnosti teh nanometalov in nato najti način, kako jih premagati." Zato so profesor Yang in njegova ekipa raziskali oksidacijo v nanometalih in v ostrem nasprotju z njihovimi pričakovanji ugotovili, da lahko močno oksidirane nanocevke in nanoplošče iz kovinskega stekla dosežejo ultravisoko obnovljivo elastičnost do približno 14 % pri sobni temperaturi, kar presega maso kovinska stekla, nanožice iz kovinskega stekla in številne druge super elastične kovine. Izdelali so nanocevke iz kovinskega stekla s povprečno debelino stene le 20 nm in izdelali nanoplošče iz različnih substratov, kot so natrijev klorid, polivinil alkohol in običajni fotorezistni substrati, z različnimi stopnjami koncentracije kisika. Nato so izvedli 3D atomsko tomografijo (APT) in meritve spektroskopije izgube energije elektronov. V obeh rezultatih so bili oksidi razpršeni v nanocevkah in nanoplastih iz kovinskega stekla, za razliko od običajnih kovin v razsutem stanju, pri katerih se na površini tvori trdna oksidna plast. Ko se je koncentracija kisika v vzorcih povečala zaradi reakcij kovina–substrat, so se znotraj nanocevk in nanoplastov oblikovale povezane in pronicajoče oksidne mreže. Meritve mikrokompresije na kraju samem so tudi pokazale, da so močno oksidirane nanocevke in nanoplošče iz kovinskega stekla pokazale 10–20-odstotno deformacijo, ki jo je mogoče obnoviti, kar je bilo nekajkrat več kot pri večini običajnih superelastičnih kovin, kot so zlitine s spominom oblike in gumi kovine. Nanocevke so imele tudi ultra nizek modul elastičnosti približno 20–30 GPa. Da bi razumeli mehanizem za tem, je ekipa izvedla atomistične simulacije, ki so pokazale, da superelastičnost izvira iz močne oksidacije v nanocevkah in jo je mogoče pripisati tvorbi perkolacijske mreže nanooksidov v amorfni strukturi, odporne na poškodbe. Te oksidne mreže ne le omejujejo plastične dogodke v atomskem merilu med nalaganjem, ampak vodijo tudi do obnovitve elastične togosti pri raztovarjanju v kovinskih steklenih nanocevkah. »Naše raziskave uvajajo nanooksidni inženirski pristop za nizkodimenzionalna kovinska stekla. Morfologijo nanooksidov v kovinsko-steklenih nanocevkah in nanolistih je mogoče manipulirati s prilagajanjem koncentracije oksida, od izoliranih disperzij do povezanega omrežja,« je dejal profesor Yang. »S tem pristopom lahko razvijemo razred heterogenih nanostrukturiranih keramično-kovinskih kompozitov z mešanjem kovin z oksidi na nanometru.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64574.php