机械网--探究纳米材料变形的新窗口

纳米材料其实不总是与它们的聚合物有着相同的性质，纳米材料通常都较为坚固。与大多数聚合材料不同，1个足够小的晶体可以是完善没有瑕疵的，并能在强度上接近理论极限。长时间以来，科学家们1直认为只有完善无暇的晶体才能够承担理论上的极限应力强制拆迁的三个标准。当应力超越这1理论极限时，晶格中就产生位错，同时伴随着晶体的不可逆变形，或叫塑性变形。目前，1个来自普度大学和能源部劳伦斯•伯克利国家实验室的研究小组与美国明尼苏达州海士德公司合作，发现事情其实不严格地像人们所认为的那样。通过利用配备有国家电子显微镜中心（NCEM）JEOL 3010原位传送电子显微镜的特殊设备，研究人员们已能够将压力－位移丈量高分辨率地显现在单独的视频画面上，从而显示出纳米体积的铝材料是怎样在“金刚石压痕计”的压力下变形的。“虽然1直以来人们认为只有完善无暇的材料才能到达它的理论强度，但是我们的结果显示出这1假定其实不总是正确的，”伯克利实验室材料科学系领导这个研究小组的安德鲁•迈尼尔说，“实际的情况更加复杂，我们发现在被通常认为是起始屈服点的部位构成之前，大量的瑕疵就开始聚集。”不但如此，迈尼尔补充道：“令人惊奇的是，乃至当材料含有高密度的瑕疵时，仍可能承受接近理论极限的剪切应力拆迁房是按占地面积还是按楼层算。”小组成员单志伟表示：“纳米压痕实验中关于塑性起始点的观念是典型的建立在间接证据上的观念。科学计算研究能够以电子结构为基础，通过完善晶体中原子的结合强度计算出材料的理论强度。虽然研究人员尝试将理论强度的计算结果与纳米压痕实验联系起来，但是直到现在，他们仍只能够从实验强度所能到达的事实中推测这1关系。”这个特别装备的原位传输电子显微镜已显示出1系列事件的真相，迈尼尔说：“它是世界上唯1无2的实验装备。”由于它首次将纳米压痕实验中两种观测塑性动身点截然不同的方法结合在1起，并在制作变形图像的同时得到机械数据。纳米压痕硬度测试技术首创了美国国家电子显微镜中心实时成像的先河，它可以利用传输电子显微镜内部的图像1帧1帧地研究材料塑性。另外1种研究塑性的方法是建立在显微镜外，利用传感器精确地丈量随着压痕计内部系统变化而变化的压力。迈尼尔说：“直到现在，尝试将变形与压力测试联系起来的方法都由于其滞后效应而具有天生的局限性。”研究小组将国家电子显微镜中心设计，海士德公司制造的电容压力传感器整合到样品的夹座上而建立的这台定量原位纳米压痕计，吸取了原位显微镜大载物台的优点，首次向众人证明了纳米变形实验的数据及影象能够同时直接地获得。 “大多数人都能够获得压力对位移的曲线但却得不到影象，”单志伟说：“在曲线中，1个大的峰值标志着1个‘突发事件’――通常被认为是塑性的动身点。但在影象中，首次出现的瑕疵和位移才被认为是这1塑性动身点到来的突发事件。” “就像结果所显示的，这两种突发事件并没有必要1致，”迈尼尔说：“事实上，它们常常是很多纳米压痕数据装置中真实突发事件来临前变形的模糊信号农村违建如何认定，但是这些细微信号却通常被认为是实验误差，或仅仅是1些非重要因素。”在1个典型的纳米压痕硬度实验中，人们用新在设备中的3边金刚石压头逼近目标铝晶相的顶点，使薄铝膜中的单晶铝沉积在硅基层上。当压头卸荷在晶体上（挤压晶体）时，压头的压力和位移数据就被画成曲线，同时影象展现出相应的晶体形变。在这个实验的变化曲线中，研究人员观测到两个与晶体中突然出现的位错图像密切相干的细微瞬时现象。在第1个现象中，很明显无瑕疵的晶体迅速地抵挡住瑕疵的进攻，在第2个现象中，瑕疵的运动突然转向。这些变化显示出位错（晶体中成排的瑕疵）自由断裂，划过其它断片并相互影响，终究在新的平衡位置上静止下来。更吸引人的是，虽然消耗了位错，晶体仍然在承受材料中接近理论计算强度的剪应力。突发事件还是会到来。它1旦来临，就没法从曲线和影象中逃脱。曲线显示出1段延续上升的压力，然后由于晶体让位而出现压力的突然松懈。图像显示出1种新型的瑕疵和晶界上呈不同几何形状散布的瑕疵。单说：“这些结果向传统的结晶材料塑变动身点观念发出了挑战，这项发现提出了很多有关其它纳米材料的新问题，包括薄膜、纳米导线和单个纳米材料。我们现在正在热忱地从事于这些课题的研究。”迈尼尔说：“我们首次能够直接地研究1些基本实验参数比如弹性模量和启动位错及其移动所需的应力，这个前景引发了材料科学界的高度兴奋，它打开了1扇通向纳米机械学世界的新窗口。”(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章