Application d’une contrainte dynamique sur les films à oxyde mince immobilisés sur un alliage pseudoélastique nickel-titane

La capacité de modifier la réactivité de surface des matériaux catalytiques en introduisant la souche a été^{largement reconnue 1,2,3}. Les effets de la contrainte dans les matériaux cristallins peuvent être introduits soit en ajustant l’architecture matérielle(contraintestatique) soit en appliquant une force externe variable(souche dynamique). Dans les matériaux cristallins, la souche statique peut être introduite par^{dopage 4}, dés alliage^5,6, annealing⁷, croissance épitaxiale sur un treillis de cristal^{dépareillé 2} ou la taille confinement^2,3. Dans les matériaux polycrystallins, la souche peut se produire à l’intérieur des limites du grain en raison du jumelage^{en cristal 8}. Pour déterminer le degré optimal de tension statique avec les architectures matérielles, il faut concevoir un nouvel échantillon pour chaque niveau discret de contrainte, ce qui peut prendre beaucoup de temps et coûter cher. En outre, l’introduction de la souche statique introduit souvent des effets chimiques ou ligand^9,10, ce qui rend difficile d’isoler la contribution de la souche. L’application d’une souche dynamique contrôlée avec précision par une force externe permet un réglage systématique de la relation structure/fonction d’un matériau afin d’explorer une plage dynamique au-dessus de l’espace de contrainte sans introduire d’autres effets.

Pour étudier les effets de la souche dynamique sur l’électrocatalyse, les métaux ou les oxydes métalliques sont déposés sur des substrats de thon de forme élastique ou de volume, tels que les polymères^{organiques 11,,12,13,14,15} ou les alliages^16,17. Les applications de charge mécanique, thermique ou électrique se traduit par la flexion, la compression, l’allongement ou l’expansion d’un substrat élastique, induisant ainsi une réponse de contrainte-contrainte sur le matériau catalytique déposé. Jusqu’à présent, l’ingénierie des catalyseurs par contrainte dynamique a été exploitée pour accorder les activités électrocatalytiques de divers matériaux métalliques et semi-supraducteurs. Par exemple, i) la réaction d’évolution de l’hydrogène (HER) sur MoS₂, Au, Pt, Ni, Cu, WC^11,12,13,14, ii) la réaction d’évolution de l’oxygène (OER) sur NiO_x¹⁶, alliages nickel-fer¹⁸ et iii) la réaction de réduction de l’oxygène (ORR) sur Pt,^12,15,19,20. Dans la plupart de ces rapports, les polymères organiques, tels que le méthacrylate polyméthyle (PMMA), ont été utilisés comme substrats élastiques. Nous avons précédemment démontré l’application de substrats métalliques élastiques, tels que^{l’acier inoxydable 16} et un alliage NiTi superélastique/mémoire de forme (Nitinol^17,21) pour des études de souche. Nitinol a également été utilisé comme substrat élastique pour le dépôt de films en platine pour ORR¹⁹ et le dépôt de matériaux cathodiques de batterie pour le stockage de^{l’énergie 22,23}. En raison de sa mémoire de forme et de ses propriétés pseudoélastiques, les alliages NiTi peuvent être déformés en appliquant une chaleur^{modérée 19} ou une souche^{mécanique 17,}respectivement. Contrairement aux substrats élastiques organiques, les substrats métalliques ne nécessitent généralement pas de dépôt de promoteurs d’adhérence, sont très conductrices et peuvent facilement être fonctionnalisés. Nitinol est utilisé comme une alternative plus élastique à l’acier inoxydable (SS). Alors que le SS peut être réversiblement tendu jusqu’à 0,2%, nitinol peut être réversiblement tendu jusqu’à 7%. Nitinol doit ses propriétés uniques à une transformation en cristal à l’état solide martensitique qui permet de grandes déformations élastiques^24,25. Les deux matériaux sont disponibles dans le commerce dans des géométries différentes (p. ex., feuilles, fils et ressorts). Lorsqu’ils sont formés en ressorts élastiques, les substrats métalliques peuvent être utilisés pour étudier les effets de la tension dynamique sur l’électrocatalyse sans avoir besoin d’instrumentation^{coûteuse 16}; toutefois, la définition de la réponse stress-souche est plus difficile que pour d’autres géométries.

Dans des études expérimentales précédentes avec des catalyseurs métalliques de transition, les changements dans les activités des surfaces catalytiques sous tension ont été attribués à des changements dans l’énergie des orbitales d familièrement connues sous le nom de théorie de la bande D²⁶. En revanche, les effets de la contrainte sur les oxydes métalliques sont beaucoup plus complexes, car ils peuvent avoir des effets sur la bandgap, la mobilité des transporteurs, la diffusion et la distribution des défauts et même les transitions directes/indirectes^{21,27,28,29,30,31}. Nous fournissons ci-dessous des protocoles détaillés pour la préparation et la caractérisation de n-type dopé TiO₂ films minces, ainsi que des protocoles pour étudier les activités électrocatalytiques de ces films sous tunable, souche tensile. Le système équivalent peut être appliqué pour étudier les activités électrocatalytiques de différents matériaux en fonction de la tension dynamique.

1. Préparation des électrodes NiTi/TiO₂

1. Polissage chimique et mécanique des substrats NiTi
   1. Couper le papier d’aluminium NiTi superélastique (épaisseur de 0,05 mm) en lanières de 1 cm x 5 cm.
   2. Échantillon polonais utilisant du papier de verre de 320, 600 et 1200 grains, puis rincer à l’eau ultrapure (18,2 MΩ).
   3. Échantillon polonais avec 1 diamant μm, 0,25 diamant de μm et vernis à l’alumine de 0,05 μm.
   4. Après polissage, sonicate pendant 5 min dans les bains séquentiels d’eau ultrapure (18,2 MΩ), isopropanol, éthanol, eau ultrapure (18,2 MΩ), puis sec sous azote (solvants organiques utilisés étaient de qualité réapprovisionnement).
      ATTENTION : Les solvants organiques sont inflammables, peuvent irriter la peau et les yeux, toxiques s’ils sont ingérés. Utiliser avec prudence dans les zones bien ventilées.
      REMARQUE : Les feuilles doivent être traitées délicatement. Une flexion ou une torsion répétées peuvent entraîner des fissures de taille nano à micro, ce qui affectera ses propriétés élastiques, ce qui diminuera les effets de la pression sur les activités électrocatalytiques.
2. Préparation des films TiO₂
   1. Oxyder les feuilles NiTi en plaçant des feuilles dans un four à 500 °C dans des conditions aérobies (figure 1).
   2. Pour la préparation de 50 nm d’épaisseur rutile TiO₂ films, chauffer les feuilles NiTi pendant 30 min à 500 °C. Un chauffage plus long se traduira par des films TiO_{2 plus} épais. Le chauffage provoquera un changement de couleur de surface du gris au bleu/violet (figure 2).
3. Application d’un stress tensile sur NiTi/TiO₂
   1. Feuille de pince doucement (bande de 1 cm x 5 cm) dans un testeur mécanique (Tableau des matériaux) avec 1 cm de papier d’aluminium exposé à chaque extrémité.
   2. Filtrer les échantillons NiTi/TiO₂ à un taux de 2 mm/min. Maintenez la souche au niveau désiré (0-3 %).
      REMARQUE : L’extension du NiTi/TiO_{2 disponible de 3} cm dans le sens de la longueur de 0,0 à 2,1 mm est considérée comme une contrainte de 0 à 7 %, qui peut être calculée par simple souche d’équation=(l-l_0)/l0 , où l₀ est la longueur initiale et l finale de papier d’aluminium exposée à la souche tensile. La courbe typique de contrainte-contrainte est montrée dans la figure 3.
4. Pour commencer les mesures électrochimiques, pré-filtrer le papier d’aluminium à 5 N (pris comme souche de 0%).
   REMARQUE : La légère pré-contrainte du papier d’aluminium conduit à des résultats plus reproductibles.

2. Effectuer des mesures électrochimiques sous tension

1. Application de stress tensile sur l’électrode de travail
   1. Pour mener des expériences électrochimiques sous tension appliquée, assemblez la cellule électrochimique sur mesure (figure 4 et figure 5) lâchement autour de la feuille NiTi/TiO_2. Assurez-vous que le centre de la feuille NiTi/TiO₂ est exposé en positionnant soigneusement la cellule au milieu (Figure 5).
   2. Serrez doucement la cellule sur l’échantillon pour créer une cellule étanche à la solution pour les mesures électrochimiques.
   3. Remplissez-le d’un électrolyte et purgez doucement la solution avec de l’azote.
   4. Augmenter la souche à des niveaux spécifiques, généralement de 0 à 3% par incréments de 0,5% et mener des expériences électrochimiques pour chaque valeur de souche discrète.
   5. Avant chaque réglage de la souche, desserrer la cellule électrochimique autour du papier d’aluminium NiTi/TiO_2, afin que l’échantillon puisse se déplacer librement. Ensuite, réalignez la cellule en resserrant doucement l’échantillon et remplissez l’électrolyte pour les prochaines mesures électrochimiques.
      REMARQUE : Le serrage et l’inécélément de la cellule autour de la feuille NiTi/TiO₂ sont évidemment plus laborieux et plus longs que de travailler avec une cellule continuellement resserrée à travers les expériences. Néanmoins, cette approche minimise le froissement possible du papier d’aluminium NiTi/TiO2 menant aux résultats les plus reproductibles et aux effets les plus élevés de la souche.
2. Caractérisation électrochimique de l’électrode de travail tendue
   1. Dans le cadre d’une première expérience, effectuez des mesures de voltammétrie cyclique (CV) ou de voltammétrie linéaire (LSV)(figure 6A). D’autres caractérisations pourraient inclure l’impédance, l’électrolyse, la chronoampérométrie, etc.
   2. Recueillir des mesures électrochimiques avec des échantillons exposés à des niveaux discrets et croissants de souche (p. ex., de 0 à 3 % par incréments de 0,5 %), suivi d’une diminution graduelle de la souche appliquée (p. ex., de 3 à 0 % par incréments de 0,5 %).
   3. Recueillir des données pour plusieurs cycles expérimentaux (0 % →3 % →0 %) pour tester la stabilité mécanique du système et la reproductibilité des données.
   4. Par ailleurs, maintenez le papier d’aluminium tendu à une quantité discrète de contrainte pendant de longues périodes (p. ex., heures ou jours) et menez des expériences électrochimiques périodiquement (p. ex., voltammetry) ou continuellement (p. ex. électrolyse).
3. SES expériences
   1. Utilisez de l’acide sulfurique de 0,5 M comme électrolyte, Ag/AgCl (1 M NaCl) comme électrode de référence, et un fil de platine en bobine (0,5 mm de diamètre par ~10 cm de longueur) comme contre électrode.
      MISE EN GARDE : L’acide sulfurique cause de graves brûlures cutanées et des lésions oculaires. Ne respirez pas la brume, les vapeurs ou les vaporisateurs. Portez des gants de protection, des vêtements de protection, une protection oculaire et une protection contre le visage. Lavez immédiatement la peau exposée avec de grandes quantités d’eau si elle est exposée.
   2. Numérisez les potentiels entre la tension en circuit ouvert (OCV) à -0,8 V vs RHE, en commençant par la valeur potentielle la plus élevée avec un taux d’analyse de 5-50 mV/s (Figure 6A).
4. Expériences OER
   1. Utilisez 1 M d’hydroxyde de sodium comme électrolyte, Hg/HgO (1 M NaOH) comme électrode de référence, et un fil de platine enroulé (0,5 mm de diamètre par ~10 cm de longueur) comme contre électrode.
      ATTENTION : 1 M d’hydroxyde de sodium peut causer des brûlures de la peau et des lésions oculaires Ne respirez pas la brume, les vapeurs ou les vaporisateurs. Portez des gants de protection, des vêtements de protection, une protection oculaire et une protection contre le visage. Lavez immédiatement la peau exposée avec de grandes quantités d’eau si elle est exposée.
   2. Pour les expériences oer, numériser le potentiel entre ocv à 2 V vs RHE, en commençant par la valeur potentielle la plus faible, avec le taux de balayage 5-50 mV/s (Figure 6B).
5. Impédance
   1. Effectuer des mesures de spectroscopie d’impedance électrochimique (EIS) à des fréquences allant de 1 Hz-100 kHz à un potentiel où aucun processus faradaïque n’est observé (CVMO) (Figure 6C).
6. Analyse du profil du temps, de la stabilité du système et des produits
   1. Pour tester la stabilité du système et mesurer les produits (p. ex., H_{2 et} O_{2), mener}des expériences d’électrolyse.
   2. Pour les mesures ampérométriques i-t, choisissez le potentiel le plus approprié en fonction des résultats du CV ou du LSV (p. ex., -0,25 V vs RHE pour elle).
   3. Alternativement, pour les expériences de chronopotentiométrie, choisissez la densité actuelle la plus appropriée en fonction des résultats cv.
   4. Si le chromatographe à gaz est disponible, mesurez l’hydrogène en ligne (à partir de HER) ou l’oxygène (à partir d’OER) gaz produit électrochimiquement (Figure 4B).
      REMARQUE : Ce sont des exemples d’analyses électrochimiques. La caractérisation électrochimique peut être adaptée à une étude spécifique.

3. Contrôles

1. Mesures de capacitance
   1. Pour déterminer si l’augmentation des activités her est simplement due à l’augmentation de la surface électroactive, effectuer des mesures de capacitance à différentes valeurs de contrainte.
   2. Exécuter des expériences cv à des taux de balayage différents (p. ex., 1 et 500 mV/s) à une plage potentielle où les courants farades sont négligeables, de sorte que les courants ne représentent que la charge/décharge de la double couche électrique (p. ex., 0 à 0,1 V vs RHE).
   3. Taux d’analyse des parcelles par rapport auxcourants ( figure 7A).
   4. Comparer l’augmentation de la capacité avec la souche avec l’augmentation des activités électrocatalytiques (p. ex., HER ou OER) avec la souche (figure 7A).
      REMARQUE : Si l’augmentation des activités électrocatalytiques est supérieure à l’augmentation de la capacité, on peut conclure que la simple augmentation de la séparation des grains et de la surface électroactive n’est pas le seul facteur contribuant à l’augmentation des activités électrocatalytiques.
2. Caractérisation des films fissurés
   1. Casser délibérément le papier d’aluminium NiTi/TiO₂ en gardant le papier d’aluminium tendu à 7 % pendant 30 minutes ou plus pendant 50 nm TiO₂ films (Figure 8). Des films TiO_{2 plus} épais (100 nm) peuvent être fissurés à des souches inférieures (3% de tension).
   2. Analyser la surface pour la fissuration en scannant la microscopie électrochimique (SEM), ou d’autres méthodes d’analyse de surface, comme décrit ci-dessous.
   3. Effectuer des mesures électrochimiques telles que décrites ci-dessus avec des films TiO_{2 vierges et volontairement fissurés} à différentes valeurs de souche augmentées progressivement, puis diminuées de 0 %→3 % →0 %(figure 6D). NiTi/TiO₂ foils avec 50 nm d’épaisseur TiO₂ films qui n’ont jamais été tendues passer 3% sont considérés comme vierges, élastiques.
      REMARQUE : Déterminez la « limite élastique » spécifique : le stress maximal qui peut être appliqué sur un matériau avant le début d’une déformation irréversible (p. ex., réarrangement du grain ou même fissuration du film). La plage élastique dépend du type de film, de l’épaisseur et de la méthode de dépôt. Par exemple, nous montrons que 100 nm d’épaisseur TiO₂ films crack à des souches inférieures à 50 nm d’épaisseur TiO₂ films.
3. Caractérisation des feuilles NiTi (c.-à-d. feuilles non oxydées)
   1. NiTi folis polonais tel que décrit dans l’étape 1.1, mais ne les traitent pas thermiquement.
   2. Exécutez toutes les expériences électrochimiques, telles que décrites ci-dessus, avec des feuilles NiTi qui n’ont pas été traitées thermiquement comme un contrôle.

4. Caractérisation de surface

1. Préparation de l’échantillon
   1. Couper et prétratre NiTi/TiO_{2 tel} que décrit dans les étapes 1.1 et 1.2.
      REMARQUE : La taille du papier d’aluminium de l’échantillon dépend de la taille du support de l’échantillon, qui dépend d’une instrumentation spécifique utilisée pour la caractérisation de la surface.
   2. Lavez les échantillons avec de l’eau pour éliminer tout sel résiduel s’il est utilisé dans des expériences électrochimiques avant la caractérisation.
   3. Assembler le papier d’aluminium NiTi/TiO₂ dans la civière tendue et filtrer à un niveau désiré tel que décrit dans la section 1.3.
   4. Assembler les porte-échantillons sur mesure autour de l’échantillon tendu et serrer doucement les vis (figure 9).
2. Caractérisation de surface
   1. Pour vérifier la qualité des films et les changements dans la topologie des films avec la souche, recueillir la numérisation électrochimique microscopie (SEM) images.
   2. Utiliser d’autres méthodes d’analyse de surface disponibles pour surveiller les changements dans la composition chimique de surface, les réarrangements de grains et les treillis de cristaux exposés (p. ex., spectroscopie Raman, expériences XPS ou XRD) (figure 10).
   3. Pour vérifier si un porte-échantillon a maintenu une tension constante pendant les expériences de caractérisation de surface, désespérissez l’échantillon à partir du support de l’échantillon et recherchez n’importe quelle courbure dans l’échantillon entre la partie tendue sous la pince et la partie non retenue qui se trouvait auparavant dans le testeur tensile.

Les feuilles NiTi prétraticées sont oxydées à 500 °C dans des conditions aérobies (figure 1). En raison de la nature oxophilique du titane, la calcination à des températures élevées entraîne une couche superficielle de rutile TiO2. L’épaisseur de la couche et le degré de dopage de type n sont affectés par le temps et la température d’annealing, qui se reflète dans le changement de couleur du gris (échantillon non traité) au bleu/violet uniforme après 20 min de chauffage (figure 2). Un temps de chauffage plus long se traduit par des films TiO2 plus épais (60 min pour 100 nm de films) et s’accompagne d’une perte progressive de couleur bleu/violet. Les films TiO2 plus épais montrent une électrochimie analogue, mais sont plus sujets à la fissuring de surface et donc à la perte d’élasticité du film.

Figure 1 : Numérisation d’images de microscopie électrochimique de films NiTi polis (gauche) et oxydés (à droite). S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2 : Feuille NiTi chauffée à 500 °C dans l’air pendant différentes périodes. Figure montre les changements de couleur caractéristiques. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Le comportement nitinol sous tension thermique et mécanique reflète la transformation réversible de phase à l’état solide connue sous le nom de transformation marensitique, entre deux phases cristallines martensites différentes, ce qui en fait un matériau pseudo-élastique plutôt qu’élastique. Une courbe typique de contrainte-contrainte des échantillons de NiTi/TiO2 est donnée dans la figure 3. Notez que la forme du papier d’aluminium est rectangulaire et n’est pas spécifiquement façonnée pour les essais mécaniques, ce qui pourrait entraîner une distribution non uniforme du stress du centre de l’échantillon à la section de l’échantillon serré. Néanmoins, la caractérisation électrochimique des foils tendus est effectuée avec seulement une petite section de papier d’aluminium NiTi/TiO2 positionnée au milieu (voir autre texte). On suppose qu’à l’intérieur de cette petite surface, le stress appliqué est uniforme.

Figure 3 : Courbe typique de contrainte-contrainte pour le papier d’aluminium NiTi/TiO2 (1 cm x 5 cmstrip). S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Pour mesurer les effets de la tension sur les propriétés électrocatalytiques de différents matériaux, les cellules électrochimiques à compartiment unique ou double sont construites sur mesure. La figure 4 montre la cellule électrochimique avec le compartiment cathodique et anode. Si l’accent est mis uniquement sur la caractérisation électrochimique plutôt que sur la collection du produit (H2 et/ou O2),les cellules à double compartiment et la séparation membranaire ne sont pas nécessaires pour les expériences HER et OER. La taille de la cathode est limitée par une ouverture dans la cellule électrochimique (figure 5) qui permet l’exposition de niti / TiO2 feuille à l’électrolyte. Par conséquent, même si une grande fraction du papier d’aluminium NiTi/TiO2 est exposée à la souche, seul un petit cercle (c.-à-d. 5 mm de diamètre) au milieu du papier d’aluminium subit une électrocatalyse. Le volume d’électrode de travail doit être maintenu relativement faible par rapport à la surface d’une contre-électrode afin de minimiser les effets de la résistance aux solvants.

Figure 4 : Cellule à deux compartiments. (A) Le schéma montrant les composants individuels. (B) La cellule assemblée dans le testeur pour appliquer la souche tensile. La cellule a été installée à proximité du chromatographe à gaz pour l’analyse des produits gazeux. Cette figure illustre comment le testeur peut être facilement assemblé pour fonctionner en conjonction avec d’autres instruments. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 5 : La cellule à compartiment unique utilisée pour les expériences HER et OER. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

En règle générale, les premières expériences incluent cv ou LSV( Figure 6A,B). Ces expériences sont importantes pour comprendre le système électrochimique, tels que les gammes faradiques par rapport aux plages non faradiques. D’autres caractérisations électrochimiques peuvent inclure l’impédance électrochimique pour étudier les changements dans les réactivités de surface des électrodes avec la souche (Figure 6C). L’ampérométrie ou la chronoampérométrie peut être utilisée pour étudier la stabilité du système et les produits accumulés. La chromatographie gazeuse peut être utilisée pour détecter les produits H2 (cathode) ou O2 (anode).

Figure 6 : Données représentatives sur le LSV et l’EIE. (A) Expériences LSV la montrant sur NiTi / TiO2 films en acide sulfurique 0,5 M à un taux de balayage de 50 mV / s. (B) Expériences LSV montrant OER sur NiTi / TiO2 films en hydroxyde de sodium 1 M à un taux de balayage de 50 mV / s. (C) impédance électrochimique à −0,38 V vs RHE de 1 Hz à 100 kHz (plots Nyquist). (D) Expériences LSV en acide sulfurique de 0,5 M à un taux de balayage de 50 mV/s avec les films TiO2 volontairement fissurés. Ce chiffre a été modifié à partir de Benson etcoll. 17. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

L’application d’un stress mécanique qui dépasse une limite élastique matérielle entraîne des réarrangements de grain et une fissuration de la surface du matériau, ce qui pourrait augmenter les activités électrocatalytiques simplement en augmentant la surface électroactive globale ou en exposant des facettes ou des défauts de cristal plus catalytiquesactifs 32. Dans ces cas, la contrainte dynamique n’affecterait que le réarrangement du grain, qui est différent des changements réels à l’architecture des matériaux atomiques ou nanométriques. Afin d’éliminer les effets non élastiques sur les activités électrocatalytiques, diverses expériences de contrôle sont réalisées. Premièrement, pour déterminer si l’augmentation des activités her et oer est simplement due à l’augmentation de la surface électroactive, les mesures de capacitance sont effectuées à des valeurs de contrainte différentes. Basé sur l’expression Randles-Sevcik33, les parcelles des taux de balayage par rapport aux courants sont linéaires et les pentes correspondent à la capacitance de la double couche. Si une augmentation de la surface électroactive à partir des données de capacitance est significativement plus faible que l’augmentation des activités électrocatalytiques HER ou OER, on peut supposer que la simple fissuring de surface due au réarrangement du grain n’est pas le seul (le cas échéant) à contribuer aux effets de contrainte sur les activités électrocatalytiques. Les résultats et l’analyse de la capacité représentative sont donnés à la figure 7.

Figure 7 : Mesures de capacitance. (A) Parcelle de taux actuel vs scan à partir de voltammographies cycliques recueillies dans les 50 mV de l’OCV pour TiNi / TiO2 électrodes tendues de 0 à 7%, où la pente représente la capacité de la double couche. (B) Plot montre des changements de capacité avec la souche. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Pour déterminer davantage si les changements dans les électroactivités avec la contrainte sont dus à la déformation élastique ou inélastique sous le stress tensile appliqué, des expériences sont menées avec des films TiO 2 vierges et volontairementfissurés. Lorsque 7% de tension est imposée sur les films NiTi/TiO2, les fissures de surface sont clairement visibles sur les images SEM (Figure 8). Les films qui ont été intentionnellement fissurés n’ont pas montré de changements appréciables dans l’activité électrochimique avec une tension croissante, probablement en raison de la perte de propriétés élastiques (Figure 6D). Les échantillons qui ont été volontairement fissurés ne montrent que de légères augmentations des activités her dans la gamme de souches de 0 à 3 %, et ces augmentations sont irréversibles, tandis que les échantillons vierges montrent des effets significativement plus importants et réversibles dans la plage de souches de 0 à 3 %.

Figure 8 : Image SEM des foils TiNi/TiO2 volontairement fissurés. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Lorsque des expériences de caractérisation de surface sont réalisées avec des instruments qui nécessitent une enceinte d’échantillon (c.-à-d. que le vide est nécessaire), la civière tendue ne peut pas être directement reliée à l’échantillon afin de le maintenir sous une contrainte définie. Dans ces cas, des porte-échantillons sur mesure sont utilisés, où la taille et la géométrie sont adaptées pour différentes instruments (figure 9).

Figure 9 : Porte-échantillons utilisés pour « verrouiller » le papier d’aluminium NiTi/TiO2 sous pression pour des expériences de caractérisation de surface. Figure montre différentes tailles et géométries. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Le traitement thermique sur le nitinol conduit généralement à la structure rutile TiO2. La spectroscopie Raman et XPS montre des signaux caractéristiques pour rutile TiO2 films minces34,35 comme le montre la figure 10. Plus précisément, pour les films TiO2 dopés de type très n, la souche de 0 à 5 % affecte principalement la distribution des postes vacants d’oxygène plutôt que la structure cristalline TiO2, ce qui ne conduit pas à des changements significatifs dans les spectres XPS21.

Figure 10 : Caractérisation de surface des films minces TiO2.  (A) Raman pics caractéristiques pour Rutile TiO2. (B) Mesures XPS montrant des spectres pour les atomes de surface d’oxygène et de titane. Ce chiffre a été modifié à partir de Benson et coll.21. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.