Détermination de la résistance mécanique des métaux à grain ultrafin

Summary

Le protocole présenté ici décrit les expériences de cellules diamant-enclume radiales à haute pression et analyse les données connexes, qui sont essentielles pour obtenir la résistance mécanique des nanomatériaux avec une percée significative par rapport à l’approche traditionnelle.

Abstract

Le renforcement mécanique des métaux est le défi de longue date et le sujet populaire de la science des matériaux dans les industries et les universités. La dépendance à la taille de la force des nanométaux a suscité beaucoup d’intérêt. Cependant, caractériser la résistance des matériaux à l’échelle nanométrique inférieure a été un grand défi car les techniques traditionnelles ne deviennent plus efficaces et fiables, telles que la nano-indentation, la compression de micropiliers, la traction, etc. Le protocole actuel utilise des techniques de diffraction des rayons X (XRD) à cellules radiales diamant-enclume (rDAC) pour suivre les changements de contrainte différentielle et déterminer la résistance des métaux ultrafins. On constate que les particules de nickel ultrafines ont une limite d’élasticité plus importante que les particules plus grossières, et le renforcement de la taille du nickel se poursuit jusqu’à 3 nm. Cette découverte vitale dépend énormément de techniques de caractérisation efficaces et fiables. La méthode rDAC XRD devrait jouer un rôle important dans l’étude et l’exploration de la mécanique des nanomatériaux.

Introduction

La résistance à la déformation plastique détermine la résistance des matériaux. La résistance des métaux augmente généralement avec la diminution de la taille des grains. Ce phénomène de renforcement de la taille peut être bien illustré par la théorie traditionnelle de la relation de Hall-Petch du millimètre au régime submicronique ^1,2, qui est basée sur le mécanisme de déformation médié par la dislocation des métaux de taille en vrac, c’est-à-dire que les dislocations s’accumulent aux limites des grains (GO) et entravent leurs mouvements, conduisant au renforcement mécanique des métaux ^3,4

Protocol

1. Préparation de l’échantillon

1. Obtenir de la poudre de nickel de 3 nm, 20 nm, 40 nm, 70 nm, 100 nm, 200 nm et 500 nm provenant de sources commerciales (voir tableau des matériaux). La caractérisation morphologique est illustrée à la figure 1.
2. Préparer des particules de nickel de 8 nm en chauffant des particules de nickel de 3 nm à l’aide d’une bouilloire à réaction (voir tableau des matériaux).
   1. Mettre ~20 mL d’éthanol absolu et ~50 mg de poudre de nickel de 3 nm dans la bouilloire de réaction. REMARQUE: La solution entière ne doit pas atteindre ~ 70% du volume....

Results

Sous compression hydrostatique, les lignes de diffraction des rayons X non roulées doivent être droites et non incurvées. Cependant, sous pression non hydrostatique, la courbure (ellipticité des anneaux XRD, qui se traduit par la non-linéarité des lignes tracées le long de l’angle azimutal) augmente considérablement le nickel ultrafin à des pressions similaires (Figure 4). À une pression similaire, la déformation différentielle du nickel de taille 3 nm est la plus élevée. Les résultats de ré.......

Discussion

Les simulations informatiques ont été largement utilisées pour étudier l’effet de la taille des grains sur la résistance des nanométaux ^{5,6,16,17,27,42}. Des luxations parfaites, des dislocations partielles et une déformation GB ont été proposées pour jouer un rôle décisif dans les mécanismes de déformation des nanomatériaux. .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
20 nm Ni	Nanomaterialstore	SN1601	Inflammable
3 nm Ni	nanoComposix		Inflammable
40, 70, 100, 200, 500 nm Ni	US nano	US1120	Inflammable
Éthanol			comme solution pour fabriquer 8 nm
Ni absolu isopropanol			comme solution pour fabriquer 12 nm
Ni Bore amorphe poudre	alfa asear
Maille de cuivre	Pékin Zhongjingkeyi Technology Co., Ltd.		Grille TEM
Colle
expérimentale propre	l’éthanol
Faisceau d’ions focalisé	FEI
Diapositive en verre Ruban
adhésif	Scotch
Kapton	DuPont		Matériau du film polyimide
Perceuse laser			situé dans le laboratoire à haute pression de
faisceau de rayons X synchrotron monochromatique	ALS 12.2.2, source de lumière avancée (ALS), Lawrence Berkeley Laboratoire		Énergie des rayons X : 25-30 keV
Microscope optique	Leica		pour monter le joint et charger les échantillons
Pt poudre	thermofisher	38374
Bouilloire à réaction	Xian Yichuang Co., Ltd.		50 mL
Papier			de verre de 400 mesh à 1000 mesh
Microscopie électronique à transmission	FEI		Titan G2 60-300
Plaque d’image bidimensionnelle	ALS, BL 12.2.2		mar 345