indledende kapitel: Nanokrystallinske materialer

author
3 minutes, 8 seconds Read

introduktion

Nanokrystallinske materialer har været et varmt forskningsemne i de sidste 30 år. Disse materialer vrimler i industrien, bygge bro mellem molekylære og makroskopiske objekter. Nanokrystallinske materialer er ultrafine-kornede enfasede eller flerfasede polykrystaller med kornstørrelser i området 1-100 nm, som vist i Figur 1, transmissionselektronmikroskopi (TEM) billede af Fe-baseret nanokrystallinsk belægning. Faktisk er de ekstremt små størrelser og en stor volumenfraktion af atomerne placeret ved korngrænserne; på den anden side består disse materialer af omkring 50 vol.% krystallinsk komponent og 50 vol.% grænsefladekomponent.

Figur 1.

tem-billede af Fe-baseret nanokrystallinsk belægning (upubliceret billede).

det er genkendeligt, at nanokrystallerne typisk er specificeret som noget, såsom små korn polykrystallinske materialer, nanosyntetiserede overflader, nanopartikler og polymermikeller; hver af dem har forskellige anvendelser, fra lægemiddelafgivelse, til superkondensatorer, katalysatorer og sensorer. Disse materialer er af interesse af følgende grunde:

  1. egenskaberne af nanokrystallinske materialer adskiller sig fra egenskaberne af enkeltkrystaller og grovkornede polykrystaller og er amorfe med samme kemiske sammensætning. Denne afvigelse er stærkt relateret til den reducerede krystallit størrelse såvel som den store mængde korngrænser mellem tilstødende krystallitter.

  2. begrebet nanokrystallinske materialer synes at tillade legering af komponenter, der er ublandbare i fast eller smeltet tilstand. Disse fremstillede legeringer kunne være gode kandidater til avancerede og teknologisk fantastiske egenskaber.

det ses tydeligt, at de nanokrystallinske materialer i nanometrisk skala indeholder en højkornsgrænsevolumenfraktion; derfor spiller korngrænser og deres interaktioner med krystal en bemærkelsesværdig rolle i de forskellige egenskaber. Det er vigtigt at påpege, at disse nanokrystallinske materialer som en ny generation af avancerede materialer har overlegne egenskaber end konventionelle grovkornede polykrystallinske materialer. De udviser fremragende mekaniske og fysiske egenskaber såsom høj styrke og hårdhed, lav elastisk modul, forbedret duktilitet/sejhed, fremragende træthed og slidstyrke, øget diffusivitet, højere elektrisk resistivitet, reduceret densitet, højere termisk ekspansionskoefficient, forbedret specifik varme, lavere varmeledningsevne og bedre bløde magnetiske egenskaber.

Nanokrystallinske materialer kan fremstilles ved gaskondensation, plasmaaflejring, sprøjtekonverteringsteknik, mekanisk legering og nogle andre metoder. Det er klart, at der er to tilgange til at fremstille de nanokrystallinske materialer: “ovenfra og ned” og “bottom-up.”Begge tilgange spiller betydelige roller i industrien og har nogle fordele og ulemper. Bottom – up tilgang er ikke noget nyt i materialesyntese og fremhæves ofte i nanoteknologilitteraturen. Faktisk er den typiske syntese af materialer at bygge atom for atom i stor skala og har været brugt i over et århundrede i industrielle applikationer. Bottom – up tilgang nævner opbygningen af et materiale fra bunden som molekyle for molekyle, atom for atom eller klynge for klynge. I processen med krystalvækst samles vækstarterne såsom atomer, molekyler og ioner i krystalstruktur efter hinanden efter at have ramt vækstoverfladen. Bottom – up tilgang lover også en foretrukken chance for at få nanokrystallinske materialer med mindre defekter, mere homogen kemisk sammensætning og højere kort – og langdistancebestilling. Det er genkendeligt, at bottom-up-tilgangen hovedsagelig drives af reduktion af Gibbs fri energi (larg), så de nanokrystallinske materialer er i en tilstand tættere på en termodynamisk ligevægtstilstand. I modsætning til dette, top-ned tilgang mest sandsynlige indsætter intern stress, ud over forureninger og overfladefejl. Slid eller kuglefræsning er en generisk top-ned-metode til fremstilling af nanostrukturer, hvorimod den kolloide dispersion eller gasbaseret reduktion er et sædvanligt eksempel på bottom-up-tilgang. Førstnævnte producerer polykrystallinske strukturer med irreproducerbar krystallografi og dårligt kontrolleret kornorientering. Sidstnævnte har genereret en reproducerbar samling af strukturer og arkitekturer, herunder legeringer, rene metaller, anisotrope nanostrukturer og kerneskal. I litografi, processen kan antages som en hybrid tilgang, da den tynde filmvækst er bottom-up og ætsning er ovenfra og ned, mens nanolitografi generelt er en bottom-up tilgang.

Similar Posts

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.