Ultra İnce taneli metallerin mekanik dayanımının belirlenmesi

Özet

Burada sunulan protokol, yüksek basınçlı radyal elmas-örs-hücre deneylerini ve nanomalzemelerin mekanik mukavemetini geleneksel yaklaşıma önemli bir atılımla elde etmek için gerekli olan ilgili verileri analiz etmeyi açıklamaktadır.

Özet

Metallerin mekanik olarak güçlendirilmesi, endüstrilerde ve akademide malzeme biliminin uzun süredir devam eden zorluğu ve popüler konusudur. Nanometallerin gücünün boyut bağımlılığı çok fazla ilgi çekmektedir. Bununla birlikte, malzemelerin gücünü düşük nanometre ölçeğinde karakterize etmek büyük bir zorluk olmuştur, çünkü nano-girinti, mikro sütun sıkıştırma, çekme vb. gibi geleneksel teknikler artık etkili ve güvenilir hale gelmemektedir. Mevcut protokol, diferansiyel gerilim değişikliklerini izlemek ve ultra ince metallerin gücünü belirlemek için radyal elmas-örs hücresi (rDAC) X-ışını kırınım (XRD) tekniklerini kullanmaktadır. Ultra ince nikel parçacıklarının kaba parçacıklardan daha önemli akma dayanımına sahip olduğu ve nikelin boyut güçlendirmesinin 3 nm'ye kadar devam ettiği bulunmuştur. Bu hayati bulgu son derece etkili ve güvenilir karakterizasyon tekniklerine bağlıdır. rDAC XRD yönteminin nanomalzeme mekaniğini incelemek ve araştırmak için önemli bir rol oynaması bekleniyor.

Giriş

Plastik deformasyona karşı direnç, malzemelerin mukavemetini belirler. Metallerin mukavemeti genellikle azalan tane boyutları ile artar. Bu boyut güçlendirme fenomeni, milimetreden mikron^{altı rejime} kadar geleneksel Hall-Petch ilişki teorisi ile iyi bir şekilde gösterilebilir; bu, toplu boyutlu metallerin çıkık aracılı deformasyon mekanizmasına dayanır, yani çıkıklar tane sınırlarında (GB'ler) birikir ve hareketlerini engelleyerek metallerde mekanik güçlenmeye yol açar ^3,4.

Buna karşılık, genellikle ters Hall-Petch ilişkisi ....

Protokol

1. Numune hazırlama

1. Ticari kaynaklardan 3 nm, 20 nm, 40 nm, 70 nm, 100 nm, 200 nm ve 500 nm nikel tozu elde edin (bkz. Morfoloji karakterizasyonu Şekil 1'de gösterilmiştir.
2. Bir reaksiyon su ısıtıcısı kullanarak 3 nm nikel parçacıklarını ısıtarak 8 nm nikel parçacıkları hazırlayın (bkz.
   1. Reaksiyon su ısıtıcısına ~ 20 mL mutlak etanol ve ~ 50 mg 3 nm nikel tozu koyun. NOT: Tüm çözelti, su ısıtıcısı hacminin ~% 70'ine ulaşmamalıdır.
   2. Reaksiyon su ısıtıcısını 80 °C'de 24 saat ısıtın.
   3. Çözeltiyi oda sıcaklığına soğutun ve küçük bir çözeltiyi bir b....

Sonuçlar

Hidrostatik sıkıştırma altında, yuvarlanmamış X-ışını kırınım çizgileri kavisli değil, düz olmalıdır. Bununla birlikte, hidrostatik olmayan basınç altında, eğrilik (azimut açısı boyunca çizilen çizgilerin doğrusal olmamasına dönüşen XRD halkalarının eliptikliği), benzer basınçlarda ultra ince taneli nikeli önemli ölçüde arttırır (Şekil 4). Benzer bir basınçta, 3 nm boyutlu nikelin diferansiyel gerinimi en yüksek olanıdır. Mekanik dayanım son.......

Tartışmalar

Hesaplamalı simülasyonlar, nanometallerin 5,6,16,17,27,42 üzerindeki tane büyüklüğü etkisini incelemek için yaygın olarak kullanılmıştır. Mükemmel çıkıklar, kısmi çıkıklar ve GB deformasyonunun, nanomalzemelerin deformasyon mekanizmalarında belirleyici rol oynadığı öne sürülmüştür. Bir molekü.......

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
20 nm Ni	Nanomaterialstore	SN1601	Flammable
3 nm Ni	nanoComposix		Flammable
40, 70, 100, 200, 500 nm Ni	US nano	US1120	Flammable
Absolute ethanol			as the solution to make 8 nm Ni
Absolute isopropanol			as the solution to make 12 nm Ni
Amorphous boron powder	alfa asear
Copper mesh	Beijing Zhongjingkeyi Technology Co., Ltd.		TEM grid
Epoxy glue
Ethanol			clean experimental setup
Focused ion beam	FEI
Glass slide
Glue tape	Scotch
Kapton	DuPont		Polyimide film material
Laser drilling machine			located in high pressure lab of ALS
Monochromatic synchrotron X-ray	Beamline 12.2.2, Advanced Light Source (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory		X-ray energy: 25-30 keV
Optical microscope	Leica		to mount the gasket and load samples
Pt powder	thermofisher	38374
Reaction kettle	Xian Yichuang Co.,Ltd.		50 mL
Sand paper			from 400 mesh to 1000 mesh
Transmission Electron Microscopy	FEI		Titan G2 60-300
Two-dimension image plate	ALS, BL 12.2.2		mar 345