Introduksjonskapittel: Nanokrystallinske Materialer

author
3 minutes, 0 seconds Read

Innledning

Nanokrystallinske materialer har vært et varmt forskningsemne de siste 30 årene. Disse materialene florerer i industrien, bygge bro over gapet mellom molekylære og makroskala objekter. Nanokrystallinske materialer er ultrafine kornet enfase eller flerfase polykrystaller med kornstørrelser i området 1-100 nm, som vist I Figur 1, transmisjonselektronmikroskopi (TEM) bilde Av Fe-basert nanokrystallinsk belegg. Faktisk er de ekstremt små størrelsene og en stor volumfraksjon av atomene plassert ved korngrensene; på den annen side består disse materialene av ca 50 vol.% krystallinsk komponent og 50 vol.% interfacial komponent.

Figur 1.

TEM bilde Av Fe-basert nanokrystallinsk belegg (upublisert bilde).

det er gjenkjennelig at nanokrystaller er vanligvis angitt som noe, for eksempel små korn polykrystallinske materialer, nanosynteserte overflater, nanopartikler og polymer miceller; hver av dem har varierte bruksområder, fra legemiddellevering, til superkondensatorer, katalysatorer og sensorer. Disse materialene er av interesse av følgende grunner:

  1. egenskapene til nanokrystallinske materialer avviger fra egenskapene til enkeltkrystaller og grovkornede polykrystaller og er amorfe med samme kjemiske sammensetning. Dette avviket er sterkt knyttet til den reduserte krystallittstørrelsen, så vel som den store mengden korngrenser mellom tilstøtende krystallitter.

  2. konseptet med nanokrystallinske materialer ser ut til å godkjenne legeringen av komponenter som ikke er blandbare i fast eller smeltet tilstand. Disse fabrikkert legeringer kan være gode kandidater for avanserte og teknologisk fantastiske egenskaper.

det er tydelig at på en nanometrisk skala, nanokrystallinske materialer inneholder en høy korn grense volum fraksjon; derfor korn grenser og deres interaksjoner med krystall spille en bemerkelsesverdig rolle i de ulike egenskapene. Det er viktig å påpeke at disse nanokrystallinske materialer, som en ny generasjon av avanserte materialer, har overlegne egenskaper til konvensjonelle grovkornet polykrystallinske materialer. De viser fremragende mekaniske og fysiske egenskaper som høy styrke og hardhet, lav elastisk modulus, forbedret duktilitet / seighet, utmerket tretthet og slitestyrke, økt diffusivitet, høyere elektrisk resistivitet, redusert tetthet, høyere termisk ekspansjonskoeffisient, forbedret spesifikk varme, lavere varmeledningsevne og bedre myke magnetiske egenskaper.

Nanokrystallinske materialer kan fremstilles ved gasskondensasjon, plasmaavsetning, sprøytekonverteringsteknikk, mekanisk legeringog noen andre metoder. Åpenbart er det to tilnærminger for å fremstille nanokrystallinske materialer: «top-down» og » bottom-up.»Begge tilnærmingene spiller viktige roller i industrien og har noen fordeler og ulemper. Bottom-up tilnærming er ikke noe nytt i materialet syntese og ofte vektlagt i nanoteknologi litteratur. Faktisk er den typiske syntesen av materialer å bygge atom for atom i stor skala og har blitt brukt i over et århundre i industrielle applikasjoner. Bottom-up tilnærming nevner oppbygging av et materiale fra bunnen som molekyl for molekyl, atom for atom, eller klynge etter klynge. I prosessen med krystallvekst samles vekstarter som atomer, molekyler og ioner i krystallstruktur etter hverandre etter å ha slått på vekstoverflaten. Bottom-up tilnærming lover også en foretrukket sjanse til å få nanokrystallinske materialer med mindre feil, mer homogen kjemisk sammensetning og høyere kort – og langtrekkende bestilling. Det er gjenkjennelig at bottom-up-tilnærmingen drives hovedsakelig av reduksjonen Av Gibbs fri energi (Δ), slik at de nanokrystallinske materialene er i en tilstand nærmere en termodynamisk likevektstilstand. I motsetning til dette setter top-down tilnærming mest sannsynlig internt stress, i tillegg til forurensninger og overflatefeil. Slitasje eller ball fresing er en generisk top-down metode i å lage nanostrukturer, mens kolloidal dispersjon eller gassbasert reduksjon er et vanlig eksempel på bottom-up tilnærming. Den tidligere produserer polykrystallinske strukturer med uproduktiv krystallografi og dårlig kontrollert kornorientering. Sistnevnte har generert en reproduserbar samling av strukturer og arkitekturer, inkludert legeringer, rene metaller, anisotropiske nanostrukturer og kjerne-skall. I litografi, prosessen kan antas som en hybrid tilnærming, siden den tynne film veksten er bottom-up og etsing er top-down, mens nanolithography er generelt en bottom-up tilnærming.

Similar Posts

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.