Nano Letters: Тройные стыки — залог сохранения стабильности наноматериалов

Как создать материалы, которые будут прочнее и легче предшественников? Особенно это актуально для экстремальных сред, таких как реактивные двигатели и космические корабли.

По мнению Фади Абдельджавада, доцента кафедры материаловедения и инженерии в Университете Лихай, ответ может быть скрыт в границах, где соединяются атомы в кристаллах.

Абдельджавад вместе с сотрудниками из Центра комплексных нанотехнологий Министерства энергетики США изучает влияние этих крошечных границ на характеристики наноматериалов.

Атомы соединяются, образуя нанокристаллы — структуры шириной примерно в 1/10 000 ширины человеческого волоса. Абдельджавад сравнивает их с кусочками головоломки или плиткой на кухонном полу.

Миллиарды таких кристаллов образуют большинство инженерных материалов. Поведение материала во многом определяется областями, где встречаются кристаллы.

Недавно работа команды была опубликована в престижном журнале Nano Letters.

В статье рассматривается, как особенности наноматериалов (тройные спаи) влияют на стабильность этих материалов при высоких температурах.

Золото в углах

Нанокристаллические материалы очень прочные, потому что состоят из множества крошечных кристаллов. Но эти кристаллы имеют тенденцию к росту, что может ослабить материал.

Исследователи выяснили, что ключ к сохранению стабильности этих материалов при высоких температурах — тройные стыки. Это углы, где встречаются три нанокристалла, подобно тому как соединяются вместе углы трёх кусочков головоломки.

Учёные выяснили, что некоторые атомы при добавлении в сплав предпочитают размещаться в тройных стыках. Это явление, называемое «химической сегрегацией», помогает предотвратить рост зёрен и сохранить прочность материала.

Исследование показало, что атомы золота, помещённые на тройные переходы в платиновый наноматериал, обеспечивают его стабильность при высоких температурах.

Абдельджавад говорит, что, понимая этот процесс, учёные смогут создавать более совершенные нанокристаллические сплавы. Они смогут выбирать элементы, которые стабилизируют материал в тройных спаях. Это важно для областей, где нужна прочность и долговечность при высоких температурах — например, в аэрокосмической и энергетической промышленности.

Сила командной работы

Абдельджавад из Lehigh провёл масштабные исследования и предсказал результаты.

Для проверки моделей команда вычислителей сотрудничала с Центром интегрированных нанотехнологий (CINT). CINT помогает проводить передовые исследования в области материаловедения, нанофабрикации и нанофотоники.

Доктор Брэд Бойс, старший научный сотрудник CINT и соавтор исследования, считает его выдающимся примером совместной научной работы.

По его словам, моделирование сложного расположения атомов позволяет сделать идеи о создании новых материалов на наноуровне более зрелыми.

16.10.2024