Nickel är en mycket använd metall inom tillverkningsindustrin för både industriella och avancerade materialprocesser. Nu, Purdue University innovatörer har skapat en hybridteknik för att tillverka en ny form av nickel som kan hjälpa den framtida produktionen av livräddande medicinsk utrustning, högteknologiska enheter och fordon med starkt korrosionsbeständigt skydd.

Purdue-tekniken involverar en process där högavkastande elektroutfällning appliceras på vissa ledande substrat. Purdue-teamets arbete publiceras i decemberupplagan av Nanoskala .

En av de största utmaningarna för tillverkare med nickel är att hantera de platser i metallerna där de kristallina kornen skär varandra, som är kända som gränsområdena. Dessa konventionella korngränser kan stärka metaller för höghållfasthetskrav.

Dock, de fungerar ofta som stresskoncentratorer och de är sårbara platser för elektronspridning och korrosionsangrepp. Som ett resultat, konventionella gränser minskar ofta duktiliteten, korrosionsbeständighet och elektrisk ledningsförmåga.

En annan specifik typ av gräns, mycket mindre vanligt i metaller som nickel på grund av dess högstaplande felenergi, kallas tvillinggräns. Det unika nickelet i en enkristallliknande form innehåller ultrafin tvillingstruktur med hög densitet men få konventionella korngränser.

Detta speciella nickel har visats av Purdue-forskarna för att främja styrka, duktilitet och förbättra korrosionsbeständigheten. Dessa egenskaper är viktiga för tillverkare inom flera branscher – inklusive fordonsindustrin, gas, olja och mikroelektromekaniska anordningar.

"Vi utvecklade en hybridteknik för att skapa nickelbeläggningar med dubbla gränser som är starka och korrosionsbeständiga, " sa Xinghang Zhang, professor i materialteknik vid Purdue's College of Engineering. "Vi vill att vårt arbete ska inspirera andra att uppfinna nya material med fräscha sinnen."

Lösningen för forskarna vid Purdue är att använda ett enkristallsubstrat som en tillväxtmall i kombination med ett designat elektrokemiskt recept för att främja bildandet av tvillinggränser och hämma bildandet av konventionella korngränser. Tvillinggränserna med hög densitet bidrar med en hög mekanisk hållfasthet som överstiger 2 GPa, en låg korrosionsströmtäthet på 6,91 × 10 ^-8 En cm ^-2 , och hög polarisationsresistans på 516 kΩ.

"Vår teknik möjliggör tillverkning av nanotvinnande nickelbeläggningar med dubbelgränser med hög densitet och få konventionella korngränser, vilket leder till enastående mekaniska, elektriska egenskaper och hög korrosionsbeständighet, föreslår god hållbarhet för applikationer i extrema miljöer, sa Qiang Li, en forskare inom materialteknik och medlem av forskargruppen. "Mallar och specifika elektrokemiska recept föreslår nya vägar för gränsteknik och hybridtekniken kan potentiellt användas för storskalig industriell produktion."

Potentiella tillämpningar för denna Purdue-teknik inkluderar halvledar- och fordonsindustrin, som kräver metalliska material med avancerade elektriska och mekaniska egenskaper för tillverkning. Det nanotvinnade nickelet kan appliceras som korrosionsbeständiga beläggningar för bilar, gas- och oljeindustrin.

Den nya nickelhybridtekniken kan potentiellt integreras i den mikro-elektromekaniska systemindustrin efter noggranna tekniska konstruktioner. MEMS medicinsk utrustning används på intensivvårdsavdelningar och andra sjukhusområden för att övervaka patienter.

De relevanta trycksensorerna och andra funktionella småskaliga komponenter i MEMS kräver användning av material med överlägsen mekanisk och strukturell stabilitet och kemisk tillförlitlighet.