Determinando a força mecânica dos metais ultra-finos

Resumo

O protocolo aqui apresentado descreve os experimentos radial radial-bigorna de alta pressão e a análise dos dados relacionados, que são essenciais para obter a força mecânica dos nanomateriais com um avanço significativo para a abordagem tradicional.

Resumo

O fortalecimento mecânico dos metais é o desafio de longa data e tema popular da ciência dos materiais nas indústrias e na academia. A dependência de tamanho da força dos nanometais vem atraindo muito interesse. No entanto, caracterizar a força dos materiais na escala de nanômetros inferior tem sido um grande desafio porque as técnicas tradicionais não se tornam mais eficazes e confiáveis, como nano-recuo, compressão micropillar, tração, etc. O protocolo atual emprega técnicas de difração de raios-X (XRD) de células diamantadas radiais (rDAC) para rastrear mudanças diferenciais de estresse e determinar a força dos metais ultrafinos. Descobriu-se que partículas de níquel ultrafino têm mais força de rendimento significativa do que partículas mais grosseiras, e o tamanho do fortalecimento do níquel continua até 3 nm. Este achado vital depende imensamente de técnicas de caracterização eficazes e confiáveis. Espera-se que o método rDAC XRD desempenhar um papel significativo no estudo e na exploração da mecânica nanomaterial.

Introdução

A resistência à deformação plástica determina a resistência dos materiais. A força dos metais geralmente aumenta com a diminuição do tamanho dos grãos. Este fenômeno de fortalecimento de tamanho pode ser bem ilustrado pela teoria tradicional da relação Hall-Petch do milímetro até o regime de submicron ^1,2, que se baseia no mecanismo de deformação mediado por deslocamento de metais de tamanho a granel, ou seja, deslocamentos se acumulam nos limites de grãos (GBs) e dificultam seus movimentos, levando ao fortalecimento mecânico em metais ^3,4.

Protocolo

1. Preparação da amostra

1. Obtenha 3 nm, 20 nm, 40 nm, 70 nm, 100 nm, 200 nm e 500 nm de níquel em pó de fontes comerciais (ver Tabela de Materiais). A caracterização da morfologia é mostrada na Figura 1.
2. Prepare partículas de níquel de 8 nm aquecendo partículas de níquel de 3 nm usando uma chaleira de reação (ver Tabela de Materiais).
   1. Coloque ~20 mL de etanol absoluto e ~50 mg de 3 nm de níquel em pó na chaleira de reação. NOTA: Toda a solução não deve atingir ~70% do volume da chaleira.
   2. Aqueça a chaleira de reação a 80 °C durante 24 h.
   3. Esf....

Resultados

Sob compressão hidrostática, as linhas de difusão de raios-X não enroladas devem ser retas, não curvas. No entanto, sob pressão não hidrostática, a curvatura (elíptica dos anéis XRD, que se traduz na não linearidade das linhas traçadas ao longo do ângulo azimute) aumenta significativamente o níquel-granulado ultrafino em pressões semelhantes (Figura 4). Em uma pressão semelhante, a tensão diferencial do níquel de 3 nm é a mais alta. Os resultados de força mecânica (curvas de tensão de estres.......

Discussão

Simulações computacionais têm sido amplamente utilizadas para estudar o efeito do tamanho do grão na força das nanonmetais 5,6,16,17,27,42. Deslocamentos perfeitos, deslocamentos parciais e deformação de GB foram propostos para desempenhar papéis decisivos nos mecanismos de deformação dos nanomateriais. Em uma simulação de di.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
20 nm Ni	Nanomaterialstore	SN1601	Inflamável
3 nm Ni	nanoComposix		Inflamável
40, 70, 100, 200, 500 nm Ni	US nano	US1120	Inflamável
Etanol			como solução para fazer 8 nm Ni
Isopropanol			como solução para fazer 12 nm Ni
Boro amorfo malha de	alfa asear
	Beijing Zhongjingkeyi Technology Co., Ltd.		Grade TEM
			epóxi
Etanol			limpo configuração experimental
Feixe de íons focalizado	FEI
Lâmina
Fita de cola	Scotch
Kapton	DuPont		Material do filme de poliimida
Máquina de perfuração	a laser		localizado no laboratório de alta pressão da linha de
de raios X síncrotron monocromático	12.2.2, fonte de luz avançada (ALS), Laboratório		Energia de raios X: 25-30 keV
Microscópio óptico	Leica		para montar a junta e carregar amostras
Pt pó	thermofisher	38374
Chaleira de reação	Xian Yichuang Co., Ltd.		50 mL
Lixa			de 400 mesh a 1000 mesh
Microscopia eletrônica de transmissão	FEI		Titan G2 60-300
Placa de imagem bidimensional	ALS, BL 12.2.2		mar 345

absoluto absoluto cobre em póCola de vidroluz ALS Nacional Lawrence Berkeley