应力纳米材料显示出意外的运动

约翰·霍普金斯大学的研究人员发现,在适当的条件下,新开发的纳米晶体材料在称为纳米晶体的原子的几何簇之间的微小空间中表现出令人惊讶的活性。

最近在期刊中详细介绍了这一发现 科学之所以重要,是因为这些纳米材料在微器件和集成电路的制造中正变得越来越普遍。原子领域的运动会影响这些未来材料的机械性能—使它们更灵活,更不易碎—并可能改变材料’s lifespan.

“随着我们制造越来越小的设备,我们’一直在使用更多的具有微细晶体的纳米晶体材料—科学家称什么材料为谷物—被认为会更强大,”约翰·霍普金斯大学机械工程学教授兼主席Kevin Hemker说’惠廷工程学院和 科学 文章。“但是,与传统材料相比,我们必须更多地了解这些新型金属和陶瓷组件的性能。我们如何预测其可靠性?这些材料在承受压力时会如何变形?”

由一名前本科生研究助理进行的实验由汉克(Hemker)监督,重点研究了所谓的晶界区域中发生的情况。晶粒或微晶是按规则的三维图案排列的微小原子簇。具有不同几何方向的两个晶粒之间的不规则空间或界面称为晶粒边界。晶界可能有助于材料’的强度并帮助其抵抗塑性变形,永久变形。纳米材料被认为比传统的金属和陶瓷更坚固,因为它们具有较小的晶粒,因此具有更多的晶界。

大多数科学家被告知这些晶界不会移动,这是有助于材料抵抗变形的特征。但是当Hemker和他的同事在纳米晶铝薄膜上进行实验时,施加一种称为剪切应力的力,结果却出乎意料。“我们看到谷物长大了,只有在边界移动的情况下才会发生,” he said, “我们观察到的最令人惊讶的部分是剪切应力导致边界移动。”

“The original view,” Hemker said, “这些边界就像房屋内的墙壁一样。他们创造的墙壁和房间没有’改变大小;唯一的活动是在房间内四处走动的人。但是我们的实验表明,在这些纳米材料中,当您施加特定类型的力时,房间会改变大小,因为墙壁实际上会移动。”

这一发现对那些使用薄膜和其他纳米材料制造集成电路和微机电系统(通常称为MEMS)的人们具有重要意义。 Hemker和他的同事所显示的边界运动意味着这些产品中使用的纳米材料可能具有更高的可塑性,更高的可靠性和更低的脆性,而且强度也有所降低。

“当我们朝着制造更小尺寸的目标迈进时,我们需要考虑原子级的活度如何影响材料的机械性能,” Hemker said. “这些知识可以帮助微设备制造商确定其组件的正确尺寸,并可以更好地预测其产品的使用寿命。”

描述这一发现的期刊文章的灵感来自约翰·霍普金斯大学的一位大师’由蒂姆·鲁珀特(Tim Rupert)提出的论文,然后是综合学士学位’s/master’机械工程学士学位的学生。鲁珀特(Rupert)是麻省理工学院(MIT)的博士研究生,是该论文的主要作者。 科学 片。与Hemker共同撰写的是Daniel Heaker的前博士研究生和博士后研究员Daniel Gianola’的实验室,现在是宾夕法尼亚大学材料科学与工程的助理教授;和德国卡尔斯鲁厄理工学院的Y. Gan。

该研究的资金由美国能源部和国家科学基金会提供。

凯文·亨克(Kevin Hemker)的数码彩色照片可用;与Phil Sneiderman联系。

相关链接:

凯文·汉克’s Lab Page: http://www.me.jhu.edu/hemker/MicroNano/index.html

约翰·霍普金斯大学机械工程系: http://www.me.jhu.edu/



本新闻稿中的材料来自原始研究组织。可以编辑内容的样式和长度。有一个问题? 让我们知道.

订阅

每天早上一封电子邮件,其中包含我们的最新帖子。从医学研究到太空新闻。环境转化为能源。物理技术。

谢谢您的订阅。

出问题了。