Nanostrukturovaný film - Nanostructured film

Povrch nanotwinningového měděného filmu se zvýrazněnými hranicemi Σ3 a nízkým úhlem zrna, jak je zobrazeno EBSD. Obrázek převzatý od Zhao et al.[1]

A nanostrukturovaný film je film, který je výsledkem inženýrství funkcí v nanoměřítku, jako je dislokace, hranice zrn, vady, nebo partnerství. Na rozdíl od jiných nanostruktur, jako je např nanočástice, samotný film může mít tloušťku až několik mikronů, ale má velkou koncentraci nanoměřítků homogenně distribuovaných po celém filmu. Stejně jako ostatní nanomateriály vyvolaly nanostrukturované filmy velký zájem, protože mají jedinečné vlastnosti, které se nenacházejí v hromadném, nanostrukturovaném materiálu stejného složení. Zejména nanostrukturované filmy byly předmětem nedávného výzkumu kvůli jejich vynikajícím mechanickým vlastnostem, včetně síla, tvrdost a odolnost proti korozi ve srovnání s běžnými filmy ze stejného materiálu.[1] Mezi příklady nanostrukturovaných fólií patří filmy vyrobené technologií hraničních zrn, jako je nano-twinned ultrajemné zrno měď nebo dvoufázová nanostruktura, jako je krystalický kov a amorfní kovové skleněné nanokompozity.[2]

Syntéza a charakterizace

Nanostrukturované filmy se běžně vytvářejí pomocí magnetronu prskání z vhodného cílového materiálu.[3] Filmy mohou mít elementární povahu, mohou být vytvořeny rozprašováním z čistého kovového terče, jako je měď, nebo mohou být složeny ze složených materiálů. Různé parametry, jako je rychlost rozprašování, teplota substrátu a přerušení rozprašováním, umožňují vytváření filmů s řadou různých nanostrukturovaných prvků. Kontrola nano-twinningu, přizpůsobení konkrétních typů hranic zrn a omezení pohybu a šíření dislokací byla prokázána pomocí filmů vyrobených magnetronovým naprašováním.[4]

Mezi metody používané k charakterizaci nanostrukturovaných filmů patří transmisní elektronová mikroskopie, rastrovací elektronová mikroskopie, difrakce zpětného rozptylu elektronů, zaostřený iontový paprsek frézování a nanoindentace.[1][2] Tyto techniky se používají, protože umožňují zobrazování nanoměřítkových struktur, včetně dislokací, twinningu, hranic zrn, morfologie filmu a atomové struktury.

Vlastnosti materiálu

Nanostrukturované filmy jsou zajímavé díky svým vynikajícím mechanickým a fyzikálním vlastnostem ve srovnání s jejich normálním ekvivalentem. Bylo zjištěno, že elementární nanostrukturované filmy složené z čisté mědi mají dobrou tepelnou stabilitu díky nano-dvojitým filmům, které mají vyšší zlomek hranic zrn.[1] Kromě toho, že mají vyšší tepelnou stabilitu, bylo zjištěno, že měděné filmy, které byly vysoce nano-twinned, měly lepší odolnost proti korozi než měděné filmy s nízkou koncentrací nano-dvojčat.[5] Kontrola podílu zrn v materiálu s přítomnými nano-dvojčaty má velký potenciál pro levnější slitiny a povlaky s dobrým stupněm odolnosti proti korozi.

Sloučené nanostrukturované filmy složené z krystalického MgCu2 Ukázalo se, že jádra zapouzdřená amorfními sklovitými skořápkami ze stejného materiálu mají téměř ideální mechanickou pevnost.[2] Krystalický MgCu2 Bylo zjištěno, že jádra, obvykle o velikosti menší než 10 nm, podstatně zpevňují materiál omezením pohybu dislokací a zrn. Bylo také zjištěno, že jádra přispívají k celkové pevnosti materiálu omezením pohybu smykových pásů v materiálu. Tento nanostrukturovaný film se liší jak od krystalických kovů, tak od amorfních kovových skel, přičemž obě vykazují chování, jako je reverzní Hall-Petchův efekt a efekt změkčení smykových pásem, které jim brání v dosažení ideálních hodnot pevnosti.[2]

Aplikace

Nanostrukturované filmy s vynikajícími mechanickými vlastnostmi umožňují použití dříve nepoužitelných materiálů v nových aplikacích, což umožňuje pokroková pole, kde jsou vysoce využívány povlaky, jako je letecký, energetický a další strojírenský obor.[6] Škálovatelnost výroby nanostrukturovaných filmů již byla prokázána a předpokládá se všudypřítomnost technik rozprašování v průmyslu, které usnadní začlenění nanostrukturovaných filmů do stávajících aplikací.[4]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d Zhao, Yifu; Furnish, Timothy Allen; Kassner, Michael Ernest; Hodge, Andrea Maria (2012). „Tepelná stabilita vysoce nanotwinované mědi: Role hranic a textury zrn“. Journal of Materials Research. 27 (24): 3049–3057. doi:10.1557 / jmr.2012.376. ISSN  0884-2914.
  2. ^ A b C d Wu, Ge; Chan, Ka-Cheung; Zhu, Linli; Sun, Ligang; Lu, Jian (2017). „Dvoufázová nanostruktura jako cesta k vysoce pevným slitinám hořčíku“. Příroda. 545 (7652): 80–83. doi:10.1038 / příroda21691. PMID  28379942. S2CID  4463565.
  3. ^ Polyakov, Michail N .; Chookajorn, Tongjai; Mecklenburg, Matthew; Schuh, Christopher A .; Hodge, Andrea M. (2016-04-15). „Rozprašované Hf – Ti nanostruktury: Studie segregace a stability za vysokých teplot“. Acta Materialia. 108: 8–16. doi:10.1016 / j.actamat.2016.01.073.
  4. ^ A b Hodge, A. M .; Wang, Y. M .; Barbee Jr., T. W. (2006-08-15). „Velkovýroba nano dvojčat, ultrajemnozrnné mědi“. Věda o materiálech a inženýrství: A. 429 (1–2): 272–276. doi:10.1016 / j.msea.2006.05.109.
  5. ^ Zhao, Y .; Cheng, I.C .; Kassner, M. E.; Hodge, A. M. (duben 2014). "Vliv nanotočinek na korozní chování mědi". Acta Materialia. 67: 181–188. doi:10.1016 / j.actamat.2013.12.030.
  6. ^ Lu, L .; Chen, X .; Huang, X .; Lu, K. (2009-01-30). „Odhalení maximální síly v nanotwinované mědi“. Věda. 323 (5914): 607–610. doi:10.1126 / science.1167641. ISSN  0036-8075. PMID  19179523. S2CID  5357877.