(PhysOrg.com) - På makroskala, kisel är ett sprött material som inte lätt kan formas till en önskad form. Men forskare har funnit att en bit kisel som bara är 3 nm lång kan sträckas till mer än 20 gånger sin ursprungliga längd utan att bryta. Om forskare kan dra fördel av nanoskala -kiselns plasticitet, de kan eventuellt forma materialet till nanostrukturer av olika former för tekniska tillämpningar.
Forskarna, Tadashi Ishida från University of Tokyo och medförfattare från andra institutioner i Japan och Frankrike, har publicerat sin studie om kiselns nanoskala plasticitet i ett nyligen utgåva av Nanoteknik .
Även om vissa forskare har förutspått att makroskopiskt spröda material som kisel och andra kovalenta material (vars atomer hålls samman av starka kovalenta bindningar) bör visa plasticitet i nanoskala, att mäta egenskaperna hos nanosiserade material är svårt av tekniska skäl. Några av de största svårigheterna inkluderar att hitta sätt att säkert klämma fast materialets ändar och övervaka egenskaperna under testning.
För att övervinna dessa svårigheter, forskarna använde en ny metod med ett mikroelektromekaniskt system och ett transmissionselektronmikroskop, som de kallar MEMS-in-TEM. Med detta upplägg, forskarna kunde samtidigt manipulera kislet med hjälp av MEMS -enheten samtidigt som de observerade resultaten i realtid med mikroskopet.
Börjar med en cylindrisk kiselbit med en längd av 3 nm och en diameter på 50 nm, forskarna drog kisel med en kvasi-statisk hastighet, får det att förlängas. Under en tidsperiod på 30 minuter, kisel som förlängs från 3 nm till 61,6 nm, medan diametern successivt minskade. Forskarna utförde experimentet på sju prover tills kisel "nanobridges" äntligen nådde frakturpunkten.
”En långsam dragbelastning gav tillräckligt med tid för att diffundera kiselatomer till kisel -nanobronen och gradvis deformera den amorfa strukturen i bron, ”Berättade Ishida PhysOrg.com . ”Superplasticiteten inducerades av kombinationen av stressinducerad ytdiffusion och intergranulär amorf deformation, inklusive kristallina kisel nanokorn. ”
Vid spänningsinducerad ytdiffusion, den första av de två faktorerna, kiselatomerna sprids över ytan för att öka längden på nanobronen, som uppstår på grund av mekanisk spänning och spänning. Den andra faktorn, intergranulär amorf deformation, kan beskrivas som ett "krypliknande" flöde av det intergranulära materialet i kislet, och nanokristallerna anpassar sig till detta flöde. Forskarnas observationer tyder på att, när nanobridgans diameter blir jämförbar med nanokristallernas genomsnittliga storlek, nanobridge når sin kritiska avkastningspunkt och kan inte förlängas längre.
Denna förmåga att förlänga nanoskala kisel, som görs vid rumstemperatur, kan få konsekvenser för många kiselbaserade elektroniker, eftersom kislet kunde formas till specifika former.
"Med denna teknik, du kan exakt ändra ytan på nanostrukturer och förbättra deras prestanda, ”Sa Ishida. "Denna teknik kan tillämpas på alla mekaniska, elektriska och optiska enheter, såsom nanoskala trådar och leder, nanotråds gassensorer, och solcellsanordningar, för att förbättra deras prestanda. ”
Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivet eller omfördelat helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.
