अल्ट्रा-फाइन-ग्रेन्ड धातुओं की यांत्रिक शक्ति का निर्धारण
Summary
यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल उच्च दबाव रेडियल डायमंड-एनविल-सेल प्रयोगों का वर्णन करता है और संबंधित डेटा का विश्लेषण करता है, जो पारंपरिक दृष्टिकोण के लिए एक महत्वपूर्ण सफलता के साथ नैनोमटेरियल्स की यांत्रिक शक्ति प्राप्त करने के लिए आवश्यक हैं।
Abstract
धातुओं की यांत्रिक मजबूती उद्योगों और अकादमिक क्षेत्रों में सामग्री विज्ञान की दीर्घकालिक चुनौती और लोकप्रिय विषय है। नैनोधातुओं की ताकत की आकार निर्भरता बहुत अधिक रुचि को आकर्षित कर रही है। हालांकि, कम नैनोमीटर पैमाने पर सामग्री की ताकत की विशेषता एक बड़ी चुनौती रही है क्योंकि पारंपरिक तकनीकें अब प्रभावी और विश्वसनीय नहीं हो जाती हैं, जैसे नैनो-इंडेंटेशन, माइक्रोपिलर संपीड़न, तन्यता, आदि। वर्तमान प्रोटोकॉल रेडियल डायमंड-एविल सेल (आरडीएसी) एक्स-रे विवर्तन (XRD) तकनीकों को नियोजित करता है ताकि विभेदक तनाव परिवर्तनों को ट्रैक किया जा सके और अल्ट्राफाइन धातुओं की ताकत निर्धारित की जा सके। यह पाया गया है कि अल्ट्राफाइन निकल कणों में मोटे कणों की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण उपज शक्ति होती है, और निकल के आकार को मजबूत करना 3 एनएम तक जारी रहता है। यह महत्वपूर्ण खोज बेहद प्रभावी और विश्वसनीय विशेषता तकनीकों पर निर्भर करती है। आरडीएसी XRD विधि से नैनोमटेरियल यांत्रिकी का अध्ययन और अन्वेषण करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की उम्मीद है।
Introduction
प्लास्टिक विरूपण के लिए प्रतिरोध सामग्री की ताकत को निर्धारित करता है। धातुओं की ताकत आमतौर पर घटते अनाज के आकार के साथ बढ़ जाती है। इस आकार को मजबूत करने की घटना को मिलीमीटर से सबमाइक्रोन शासन 1,2 तक पारंपरिक हॉल-पेच संबंध सिद्धांत द्वारा अच्छी तरह से चित्रित किया जा सकता है, जो थोक आकार की धातुओं के विस्थापन-मध्यस्थता विरूपण तंत्र पर आधारित है, यानी, अनाज की सीमाओं (जीबी) पर अव्यवस्थाएं ढेर हो जाती हैं और उनकी गति में बाधा डालती हैं, जिससे धातुओं में यांत्रिक मजबूतीहोती है 3,4।
इसके विपरीत, यांत्रिक नरमी, जिसे अक्सर व्युत्क्रम हॉल-पेच संबंध के रूप में जाना जाता है, को पिछले दो दशकों में ठीक नैनोमेटल के लिए रिपोर्ट किया गया है 5,6,7,8,9,10। इसलिए, नैनोधातुओं की ताकत अभी भी परेशान है क्योंकि लगातार कठोरता का पता लगाया गया था अनाज के आकार के लिए ~ 10 एनएम11,12 तक नीचे, जबकि 10 एनएम शासन से नीचे नरम आकार के मामलों में भी 7,8,9,10 की सूचना दी गई थी। इस बहस के विषय के लिए मुख्य कठिनाई या चुनौती अल्ट्राफाइन नैनोधातुओं के यांत्रिक गुणों पर सांख्यिकीय रूप से पुन: प्रस्तुत करने योग्य माप करना और नैनोधातुओं की ताकत और अनाज के आकार के बीच एक विश्वसनीय सहसंबंध स्थापित करना है। कठिनाई का एक और हिस्सा नैनोधातुओं के प्लास्टिक विरूपण तंत्र में अस्पष्टता से आता है। नैनोस्केल पर विभिन्न दोषों या प्रक्रियाओं की सूचना दी गई है, जिसमें विस्थापन13,14, विरूपण ट्विनिंग15,16,17, स्टैकिंग फॉल्ट15,18, जीबी माइग्रेशन19, जीबी स्लाइडिंग 5,6,20,21, अनाज रोटेशन 22,23,24, परमाणु बांड पैरामीटर 25,26,27,28, आदि हालांकि, जो एक प्लास्टिक विरूपण पर हावी है और इस प्रकार नैनोधातुओं की ताकत निर्धारित करता है, वह अभी भी स्पष्ट नहीं है।
इन उपरोक्त मुद्दों के लिए, यांत्रिक शक्ति की जांच के पारंपरिक दृष्टिकोण, जैसे कि तन्यता परीक्षण29, विकर्स कठोरता परीक्षण30,31, नैनो-इंडेंटेशन टेस्ट32, माइक्रोपिलर संपीड़न 33,34,35, आदि कम प्रभावी हैं क्योंकि नैनोस्ट्रक्चर्ड सामग्रियों के बड़े टुकड़ों की उच्च गुणवत्ता को गढ़ना बहुत मुश्किल है और पारंपरिक इंडेंटर सामग्री के एकल नैनोपार्टिकल की तुलना में बहुत बड़ा है (के लिए) एकल कण यांत्रिकी)। इस अध्ययन में, हम रेडियल डीएसी XRD तकनीकों को पेश करते हैं 36,37,38 सामग्री विज्ञान के लिए सीटू में विभिन्न अनाज के आकार के नैनो निकल की उपज तनाव और विरूपण टेक्स्टुरिंग को ट्रैक करने के लिए, जो पिछले अध्ययनों में भूविज्ञान क्षेत्र में उपयोग किए जाते हैं। यह पाया गया है कि यांत्रिक मजबूती को 3 एनएम तक बढ़ाया जा सकता है, जो नैनोमेटल के पहले से रिपोर्ट किए गए सबसे महत्वपूर्ण आकारों की तुलना में बहुत छोटा है, जो पारंपरिक हॉल-पेच संबंधों के शासन को बढ़ाता है, जो भौतिक विज्ञान के लिए आरडीएसी XRD तकनीकों के महत्व को दर्शाता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन को व्यापक रूप से नैनोमेटल 5,6,16,17,27,42 की ताकत पर अनाज के आकार के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए नियोजित किया गया है।<sup clas…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम 11621062, 11772294, U1530402, और 11811530001 अनुदान संख्या के तहत चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (NSFC) से समर्थन स्वीकार करते हैं। इस शोध को आंशिक रूप से चीन पोस्टडॉक्टोरल साइंस फाउंडेशन (2021M690044) द्वारा भी समर्थित किया गया था। इस शोध ने उन्नत प्रकाश स्रोत के संसाधनों का उपयोग किया, जो अनुबंध संख्या DE-AC02-05CH11231 और शंघाई सिंक्रोट्रॉन विकिरण सुविधा के तहत विज्ञान उपयोगकर्ता सुविधा का एक डीओई कार्यालय है। इस शोध को आंशिक रूप से COMPRES द्वारा समर्थित किया गया था, जो एनएसएफ सहकारी समझौते EAR 1606856 के तहत पृथ्वी विज्ञान में सामग्री गुण अनुसंधान के लिए कंसोर्टियम था।
Materials
| 20 nm Ni | Nanomaterialstore | SN1601 | Flammable |
| 3 nm Ni | nanoComposix | Flammable | |
| 40, 70, 100, 200, 500 nm Ni | US nano | US1120 | Flammable |
| Absolute ethanol | as the solution to make 8 nm Ni | ||
| Absolute isopropanol | as the solution to make 12 nm Ni | ||
| Amorphous boron powder | alfa asear | ||
| Copper mesh | Beijing Zhongjingkeyi Technology Co., Ltd. | TEM grid | |
| Epoxy glue | |||
| Ethanol | clean experimental setup | ||
| Focused ion beam | FEI | ||
| Glass slide | |||
| Glue tape | Scotch | ||
| Kapton | DuPont | Polyimide film material | |
| Laser drilling machine | located in high pressure lab of ALS | ||
| Monochromatic synchrotron X-ray | Beamline 12.2.2, Advanced Light Source (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory | X-ray energy: 25-30 keV | |
| Optical microscope | Leica | to mount the gasket and load samples | |
| Pt powder | thermofisher | 38374 | |
| Reaction kettle | Xian Yichuang Co.,Ltd. | 50 mL | |
| Sand paper | from 400 mesh to 1000 mesh | ||
| Transmission Electron Microscopy | FEI | Titan G2 60-300 | |
| Two-dimension image plate | ALS, BL 12.2.2 | mar 345 |
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