Исследования показали, что наноотвары могут улучшить прочность и другие свойства металлов

Исследовательская группа из Университета Брауна и Института исследований металлов при Китайской академии наук открыла новый метод нанесения нанотрубов на более прочные металлы.

Показано, что нанотроины улучшают прочность и другие свойства металлов. Новое исследование показывает, что сила может быть дополнительно улучшена путем изменения пространств между нанотрубками. (Image credit: Gao Lab / Brown University)

Нанотвины представляют собой очень малые линейные границы, присутствующие в атомной решетке металла и имеющие одинаковые кристаллические структуры с обеих сторон.

В статье, опубликованной в журнале Science команда продемонстрировала, что расстояние между границами двойников по сравнению с сохранением согласованного расстояния во всем мире создает значительные улучшения в прочности металла и скорости работы упрочнение – степень, в которой металл усиливается при деформировании.

Эта работа посвящена тому, что известно как материал градиента, что означает материал, в котором есть некоторые постепенные изменения в его внутренней макияже. Градиентные материалы – это область исследований с высокими исследованиями, поскольку они часто обладают желательными свойствами по сравнению с однородными материалами. В этом случае мы хотели убедиться, что градиент на расстоянии между нанотрунками создал новые свойства .

Хуацзянь Гао, профессор Инженерной школы Брауна

Согласно Huajian Gao, профессору в инженерной школе Брауна, который возглавлял эту работу, исследование могло указать на новый способ производства высокоэффективных материалов.

Наряду со своими коллегами Гао уже продемонстрировал, что производительность материала может быть улучшена самими нанотройнами. Например, наноразмерная медь была продемонстрирована значительно сильнее по сравнению со стандартной медью с уникальной высокой устойчивостью к усталости. Тем не менее, это первое в истории исследование влияния переменного расстояния между нанотрунками

Используя четыре отдельных компонента, каждый с разным расстоянием между нанотрунами, Гао и его коллеги успешно разработали образцы меди. Расстояние между границами нанотрун варьируется от 29 нанометров между границами до 72 нанометров. Кроме того, разработанные образцы меди содержали различные комбинации четырех компонентов, организованных в разных порядках по толщине образца. Затем команда не только проверила прочность каждого составного образца, но и проверила прочность каждого из четырех компонентов.

Эти испытания показали, что все композиты были сильнее по сравнению со средней прочностью четырех компонентов, из которых они были сконструированы. Интересно, что один из композитов оказался сильнее самого сильного из его составляющих компонентов.

Чтобы дать аналогию, мы считаем цепочку столь же сильной, как и ее слабое звено. Но здесь у нас есть ситуация, когда наша цепь на самом деле сильнее, чем ее самая сильная связь, что действительно удивительно .

Хуацзянь Гао, профессор Инженерной школы Брауна

Другие испытания показали, что по сравнению со средними значениями составляющих компонентов композиты также обладают более высокими скоростями упрочнения.

Чтобы лучше понять механизм, лежащий в основе этих увеличенных характеристик, команда затем применила компьютерное моделирование атомной структуры своих образцов под напряжением. Металлы на атомном уровне реагируют на деформацию через движение дислокаций, которые являются дефектами линии в кристаллической структуре, где атомы вынуждены неуместны. Сила металла определяется тем, как такие дислокации растут и общаются друг с другом.

Компьютерное моделирование показало, что плотность дислокаций относительно выше в градиентной меди по сравнению с обычным металлом.

«. Мы обнаружили уникальный тип дислокации, который мы называем пучками концентрированных дислокаций, которые приводят к дислокациям на порядок плотнее, чем обычно – сказал Гао. « Этот тип дислокации не встречается в других материалах, и именно поэтому эта градиентная медь настолько сильна ».

Согласно Гао, в то время как исследователи использовали меди в этой работе, нанотрубки могут быть созданы и в других металлах. Следовательно, гранулы нанотрунов также могут повысить свойства других металлов.

Мы надеемся, что эти результаты побудят людей экспериментировать с двойными градиентами в других типах материалов .

Хуацзянь Гао, профессор Инженерной школы Брауна

Другие авторы исследования были Чжао Чэн, Хаофэй Чжоу, Цюхун Лу и Лэй Лу. Научный фонд США и Национальный фонд естественных наук Китая финансировали исследование.

Source link