Nature: В нанотрубках обнаружена сверхэластичность, вызванная окислением

Окисление может ухудшить свойства и функциональность металлов. Однако недавно исследовательская группа под руководством ученых из Городского университета Гонконга обнаружила, что сильно окисленные нанотрубки из металлического стекла могут достигать сверхвысокой восстанавливаемой упругой деформации, превосходящей большинство обычных сверхэластичных металлов.

Они также обнаружили физические механизмы, лежащие в основе этой сверхэластичности. Их открытие означает, что окисление в низкоразмерном металлическом стекле может привести к уникальным свойствам для применения в датчиках, медицинских приборах и других наноустройствах.

В последние годы функциональные и механические свойства низкоразмерных металлов, включая наночастицы, нанотрубки и нанолисты, привлекли внимание в связи с их потенциальным применением в малогабаритных устройствах, таких как датчики, нанороботы и метаматериалы. Однако большинство металлов электрохимически активны и подвержены окислению в окружающей среде, что часто ухудшает их свойства и функциональные возможности.

Металлические наноматериалы имеют высокое отношение поверхности к объему, которое может достигать 108 м-1. Поэтому в принципе ожидается, что они будут особенно подвержены окислению, — говорит профессор Ян Йонг с факультета машиностроения CityU, который вместе с коллегами возглавил исследовательскую группу.

Чтобы использовать низкоразмерные металлы для создания устройств следующего поколения и метаматериалов, мы должны тщательно изучить негативные последствия окисления для свойств этих нанометров, а затем найти способ их преодолеть.

Поэтому профессор Ян и его команда исследовали окисление в нанометрах и, резко противореча своим ожиданиям, обнаружили, что сильно окисленные нанотрубки и нанолисты из металлического стекла могут достигать сверхвысокой восстанавливаемой упругой деформации около 14% при комнатной температуре, что превосходит объемные металлические стекла, нанопроволоки из металлического стекла и многие другие сверхэластичные металлы.

Они изготовили нанотрубки из металлического стекла со средней толщиной стенок всего 20 нм и сконструировали нанолисты из различных подложек, таких как хлорид натрия, поливиниловый спирт и обычные подложки для фоторезиста, с разным уровнем концентрации кислорода.

Затем они провели трехмерные измерения с помощью атомной зондовой томографии (APT) и спектроскопии потерь энергии электронов. В обоих случаях оксиды были диспергированы внутри металлических стеклянных нанотрубок и нанолистов, в отличие от обычных объемных металлов, в которых твердый оксидный слой образуется на поверхности. По мере увеличения концентрации кислорода в образцах в результате реакций между металлом и подложкой внутри нанотрубок и нанолистов формировались связанные и перколирующие оксидные сети.

Измерения микросжатия in-situ также показали, что сильно окисленные нанотрубки и нанолисты из металлического стекла демонстрируют восстанавливаемую деформацию 10-20%, что в несколько раз больше, чем у большинства обычных сверхэластичных металлов, таких как сплавы с памятью формы и десневые металлы. Нанотрубки также обладали сверхнизким модулем упругости — около 20-30 ГПа.

Чтобы понять механизм, лежащий в основе этого явления, команда провела атомистическое моделирование, которое показало, что сверхэластичность возникает в результате сильного окисления нанотрубок и может быть связана с образованием устойчивой к повреждениям перколяционной сети нанооксидов в аморфной структуре. Эти оксидные сети не только ограничивают атомно-масштабные пластические явления при нагрузке, но и приводят к восстановлению упругой жесткости при разгрузке в металлических стеклянных нанотрубках.

Наше исследование представляет подход к нанооксидной инженерии для низкоразмерных металлических стекол. Морфологией нанооксидов в нанотрубках и нанолистах из металлического стекла можно манипулировать, регулируя концентрацию оксидов: от изолированной дисперсии до связанной сети, — говорит профессор Янг.

С помощью этого подхода мы можем разработать класс гетерогенных наноструктурированных металлокерамических композитов, смешивая металлы с оксидами на наноуровне. Такие композиты имеют большой потенциал для различных будущих коммерческих применений и наноустройств, работающих в жестких условиях, таких как датчики, медицинские устройства, микро- и нанороботы, пружины и приводы.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Materials.

02.02.2024


Подписаться в Telegram



Нано

ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик

Исследователи из Токийского столичного ун...

Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды

Новое исследование физики вибрирующих нанопузы...

Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной

Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни...

Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения

Нейродегенеративными заболеваниями, такими как...

Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод

Исследовательская группа, состоящая из со...

LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах

Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б...

Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры

У всех представителей животного царства есть ж...

PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей

Исследование, проведенное докторантом Пабло С....

Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц

Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ...

Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона

Нанопластики взаимодействуют с особым бел...

Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл

Наноинженеры создали квазикристалл &mdash...

Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе

Исследователи показали, что принципы рабо...

Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь

Высокотемпературное пламя используется для&nbs...

Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками
Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками

Инженеры разработали наноразмерные татуировки&...

Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани
Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани

Самое удивительное, что они там, каж...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса