Bestimmung der mechanischen Festigkeit ultrafeinkörniger Metalle

Zusammenfassung

Das hier vorgestellte Protokoll beschreibt die Hochdruck-Radial-Diamant-Amboss-Zell-Experimente und die Analyse der damit verbundenen Daten, die für die Erzielung der mechanischen Festigkeit der Nanomaterialien mit einem signifikanten Durchbruch zum traditionellen Ansatz unerlässlich sind.

Zusammenfassung

Die mechanische Verstärkung von Metallen ist die langjährige Herausforderung und das beliebte Thema der Materialwissenschaften in Industrie und Wissenschaft. Die Größenabhängigkeit der Festigkeit der Nanometalle hat großes Interesse geweckt. Die Charakterisierung der Festigkeit von Materialien auf der unteren Nanometerskala war jedoch eine große Herausforderung, da die traditionellen Techniken nicht mehr effektiv und zuverlässig werden, wie Nano-Einrückung, Mikrosäulenkompression, Zugfestigkeit usw. Das aktuelle Protokoll verwendet radiale Diamant-Amboss-Zellen (rDAC) Röntgenbeugungstechniken (XRD), um differentielle Spannungsänderungen zu verfolgen und die Festigkeit ultrafeiner Metalle zu bestimmen. Es wird festgestellt, dass ultrafeine Nickelpartikel eine signifikantere Streckgrenze aufweisen als gröbere Partikel, und die Größenverstärkung von Nickel setzt sich bis auf 3 nm fort. Diese wichtige Erkenntnis hängt immens von effektiven und zuverlässigen Charakterisierungstechniken ab. Es wird erwartet, dass die rDAC XRD-Methode eine bedeutende Rolle bei der Untersuchung und Erforschung der Nanomaterialmechanik spielen wird.

Einleitung

Die Beständigkeit gegen plastische Verformung bestimmt die Festigkeit der Materialien. Die Festigkeit der Metalle steigt in der Regel mit den abnehmenden Korngrößen. Dieses Phänomen der Größenstärkung kann gut durch die traditionelle Hall-Petch-Beziehungstheorie vom Millimeter- bis zum Submikron-Regime^1,2 veranschaulicht werden, die auf dem dislokationsvermittelten Verformungsmechanismus von massengroßen Metallen basiert, d.h. Versetzungen häufen sich an Korngrenzen (GBs) an und behindern ihre Bewegungen, was zur mechanischen Verstärkung in Metallen ^{führt 3,4}.

Protokoll

1. Probenvorbereitung

1. Erhalten Sie 3 nm, 20 nm, 40 nm, 70 nm, 100 nm, 200 nm und 500 nm Nickelpulver aus kommerziellen Quellen (siehe Materialtabelle). Die morphologische Charakterisierung ist in Abbildung 1 dargestellt.
2. Bereiten Sie 8 nm Nickelpartikel vor, indem Sie 3 nm Nickelpartikel mit einem Reaktionskessel erhitzen (siehe Materialtabelle).
   1. Geben Sie ~ 20 ml absolutes Ethanol und ~ 50 mg 3 nm Nickelpulver in den Reaktionskessel. HINWEIS: Die gesamte Lösung sollte nicht ~ 70% des Wasserkochervolumens erreichen.
   2. Den Reaktionskessel 24 h auf 80 °C....

Ergebnisse

Bei hydrostatischer Kompression sollten ungerollte Röntgenbeugungslinien gerade und nicht gekrümmt sein. Unter nicht-hydrostatischem Druck erhöht jedoch die Krümmung (Ellipsizität der XRD-Ringe, die sich in der Nichtlinearität der entlang des Azimutwinkels aufgetragenen Linien niederschlägt) das ultrafeinkörnige Nickel bei ähnlichen Drücken signifikant an (Abbildung 4). Bei einem ähnlichen Druck ist die Differenzdehnung des 3 nm großen Nickels am höchsten. Die Ergebnisse der mechanischen Fes.......

Diskussion

Computersimulationen wurden häufig eingesetzt, um den Korngrößeneffekt auf die Stärke von Nanometallen 5,6,16,17,27,42 zu untersuchen. Es wurde vorgeschlagen, dass perfekte Versetzungen, Teilversetzungen und GB-Verformungen eine entscheidende Rolle bei den Verformungsmechanismen der Nanomaterialien spielen. In einer Molekular.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
20 nm Ni	Nanomaterialstore	SN1601	Entflammbar
3 nm Ni	nanoComposix		Entflammbar
40, 70, 100, 200, 500 nm Ni	US nano	US1120	Entflammbar
Absolutes Ethanol			als Lösung zur Herstellung von 8 nm Ni
Absolutes Isopropanol			als Lösung zur Herstellung von 12 nm Ni
Amorphes Bor Pulver	alfa asear
Kupfergewebe	Beijing Zhongjingkeyi Technology Co., Ltd.		TEM-Gitter
Epoxidkleber
Ethanol			sauberer Versuchsaufbau
Fokussierter Ionenstrahl	FEI
Glasobjektträger
Klebeband	Scotch
Kapton	DuPont		Polyimid-Filmmaterial
Laserbohrmaschine			befindet sich im Hochdrucklabor von ALS
Monochromatisches Synchrotron-Röntgen	Beamline 12.2.2, Advanced Light Source (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory		Röntgenenergie: 25-30 keV
Optisches Mikroskop	Leica		zur Montage der Dichtung und zum Laden von Proben
Pt Pulver	Thermofisher	38374
Reaktionskessel	Xian Yichuang Co., Ltd.		50 mL
Schleifpapier			von 400 mesh bis 1000 mesh
Transmissionselektronenmikroskopie	FEI		Titan G2 60-300
Zweidimensionale Bildplatte	ALS, BL 12.2.2		mar 345