入門編:ナノ結晶材料

author
0 minutes, 2 seconds Read

入門編

Nanocrystalline材料はずっと過去の30年にわたる熱い研究のトピックです。 これらの材料は、分子とマクロスケールのオブジェクトの間のギャップを橋渡し、業界でたくさんあります。 ナノ結晶材料は、図1に示すように、1-100nmの範囲の結晶粒径を有する超微細粒単相または多相多結晶であり、Feベースのナノ結晶コーティングの透過電子顕微鏡(TEM) 実際には、原子の非常に小さなサイズと大きな体積分率は粒界に位置しています;一方、これらの材料は約50体積で構成されています。%結晶性成分および50体積。%界面成分。

図1.

Fe系ナノ結晶コーティングのTEM画像(未公開画像)。

ナノ結晶は、典型的には、小粒多結晶材料、ナノ合成表面、ナノ粒子、およびポリマーミセルなど、何かとして指定されていることが認識可能である; それらのそれぞれは、薬物送達から、スーパーコンデンサ、触媒、およびセンサに、様々な用途を持っています。 これらの材料は、以下の理由から興味深いものです:

  1. ナノ結晶材料の特性は、単結晶および粗粒多結晶の特性とは異なり、同じ化学組成を有する非晶質である。 この偏差は,減少した結晶子の大きさと隣接する結晶子間の大量の粒界と強く関連している。

  2. ナノ結晶材料の概念は、固体または溶融状態で非混和性の成分の合金化を承認するようである。 これらの製造された合金は高度および技術的にすばらしい特性のためのよい候補であることができます。

ナノメートルスケールでは,ナノ結晶材料は高い粒界体積分率を含んでいることが明らかになった。 これらのナノ結晶材料は、新世代の先端材料として、従来の粗粒多結晶材料よりも優れた特性を有することを指摘することが重要である。 それらは高力および硬度、低い弾性率、改善された延性/靭性、優秀な疲労および耐久性、高められた拡散率、より高い電気抵抗、減らされた密度、より高い熱膨張係数、高められた比熱、より低い熱伝導性およびよりよい柔らかい磁気特性のような顕著な機械および物理的性質を表わします。

ナノ結晶材料は、ガス凝縮、プラズマ蒸着、スプレー変換技術、メカニカルアロイング、および他のいくつかの方法によって製造することができます。 明らかに、ナノ結晶材料を製造するには、”トップダウン”と”ボトムアップ”の二つのアプローチがあります。”両方のアプローチは、業界で重要な役割を果たし、いくつかの長所と短所があります。 ボトムアップアプローチは、材料合成において新しいものではなく、ナノテクノロジーの文献でしばしば強調されています。 実際のところ、材料の典型的な合成は、大規模に原子によって原子を構築することであり、産業用途で世紀以上にわたって使用されてきました。 ボトムアップアプローチは、分子ごとの分子、原子ごとの原子、またはクラスターごとのクラスターとして、底からの材料の蓄積を言及しています。 結晶成長の過程では、成長表面に衝突した後、原子、分子、イオンなどの成長種が次々と結晶構造に集まります。 ボトムアップアプローチはまた、より少ない欠陥、より均質な化学組成、およびより高い短距離および長距離秩序を有するナノ結晶材料を得るための好 ボトムアップアプローチは主にGibbs自由エネルギー(Δ G)の減少によって駆動され,ナノ結晶材料は熱力学的平衡状態に近い状態にあることが認識できる。 これとは対照的に、トップダウンアプローチは、汚染および表面欠陥に加えて、内部応力を挿入する可能性が最も高い。 コロイド分散またはガスベースの還元は、ボトムアップアプローチの通常の例であるのに対し、消耗またはボールミリングは、ナノ構造を作る際の一般的なトップダウン方法です。 前者は非生産的な結晶学と不十分に制御された結晶粒配向を有する多結晶構造を生成する。 後者は、合金、純粋な金属、異方性ナノ構造、およびコアシェルを含む構造およびアーキテクチャの再現可能なコレクションを生成しています。 リソグラフィーでは、薄膜成長がボトムアップでエッチングがトップダウンであるのに対し、ナノリソグラフィーは一般にボトムアップアプローチであるため、このプロセスはハイブリッドアプローチと仮定することができる。

Similar Posts

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。