Superspringar gjorda små | npg asia material

Superspringar gjorda små | npg asia material

Anonim

De superelastiska egenskaperna hos kiselnitridmikrospringar kan visa sig vara användbara vid utvecklingen av keramikbaserade mikromekaniska och mikroelektroniska anordningar.

Att krympa materialstrukturernas dimensioner kan ge upphov till anmärkningsvärda egenskaper. Till exempel kan den mekaniska hårdheten hos nanokristaller av vissa metaller - till exempel koppar - vara mycket större än samma material i bulk. Kinesiska forskare har nu hittat ett annat exempel på detta fenomen - i superelastiskt svar från nanometerskala av kiselnitridfjädrar.

De mekaniska egenskaperna hos material bestäms inte bara av styrkan och samordningen av bindningarna mellan dess atomer utan också av förekomsten och rörelsen av defekter i dess struktur. En vardaglig demonstration av detta inträffar när ett stålpapper är böjda fram och tillbaka upprepade gånger. Sådan böjning genererar en kaskad av defekter i pappersklippets atomenstruktur, vilket gör att den blir svagare och svagare tills den så småningom går sönder.

I strukturer som bara är några tiotals nanometer breda är det emellertid mycket svårare för defekter att fastna eller föröka sig och mycket lättare för atomerna i dess kristallstruktur att ordna om så att de kan repareras. Dessutom är det mycket lättare att odla sådana strukturer utan defekter i första hand.

Utnyttjande av sådana effekter är av särskilt intresse för produktion av keramik. Även om de flesta keramiker uppvisar ett högt förhållande mellan mekanisk hållfasthet och vikt, är robusta mot snabba temperaturförändringar och motståndskraftiga mot kemisk erosion, har de en allvarlig brist - de är spröda, vilket gör att de misslyckas under stor dragspänning.

För att försöka förbättra keramikens elastiska egenskaper, växte Chuanbao Cao och kollegor 1 från Research Center of Materials Science vid Beijing Institute of Technology mikro-fjädrar av kiselnitrid - ett industriellt viktigt och allmänt använt keramiskt material. Anmärkningsvärt finner de att när fjädrarna drogs till nästan sin maximala längd - där de såg mer ut som ledningar än spolar - och sedan fick slappna av återhämtade de sin ursprungliga form. Till skillnad från konventionella stålfjädrar, som skulle vara irreversibelt deformerade om de sträcktes på samma sätt, fann de att deras kiselnitridfjädrar kunde förlängas och slappna av många gånger utan fel (Fig. 1).

Image

Fig. 1: Si 3 N 4 Microcoils.

Författare

Denna forskningshöjdpunkt har godkänts av författaren till den ursprungliga artikeln och alla empiriska data som finns i har tillhandahållits av nämnda författare.