En un nuevo informe sobre Avances en la ciencia, Fenghui Duan y un equipo de investigación en China detallaron el fortalecimiento continuo de los materiales de nanopartículas de níquel puro. El material registró una resistencia sin precedentes de 4.0 GPa con un espesor doble extremadamente fino, 12 veces más fuerte que el níquel de grano grueso convencional. Las teorías sugieren varios mecanismos para ablandar los metales nanograbados. El refuerzo continuo puede ocurrir en metales nano-ganados con un espesor doble extremadamente delgado para obtener una resistencia ultra alta. Es un desafío verificar experimentalmente esta hipótesis mientras se regula la síntesis de metales nanoactivados con un espesor inferior a 10 nm. En este trabajo, el equipo desarrolló níquel nanoactivado de grano columnar con espesores dobles que van desde 2,9 a 81 nm, utilizando electrodeposición de corriente continua para mostrar el proceso de fortalecimiento continuo. Duan y col. usó microscopía electrónica de transmisión (TEM) para revelar los atributos de fortalecimiento y atribuyó los resultados a la arquitectura bien espaciada del material.
Microestructura del níquel nanoactivado desarrollado
Las muestras de níquel a granel mantuvieron una alta pureza y contenían una alta densidad de laminillas gemelas a nanoescala incrustadas con granos columnares a nanoescala sintetizados mediante electrodeposición de corriente continua en un baño de citrato. El equipo reguló el contenido de iones de níquel y citrato en el electrolito para refinar el grosor promedio del gemelo. El material mostró una distribución estrecha que variaba de 0,5 a 15 mm. Los investigadores utilizaron micrografías ampliadas para observar los detalles de los materiales y utilizar Patrones de difracción de rayos X, notaron una textura cristalográfica fuera del plano consistente con los resultados de la microscopía electrónica de transmisión.
Mecanismos de desarrollo y fortalecimiento de materiales.
Luego, los científicos utilizaron electrodeposición como un proceso de desequilibrio para la formación generalizada de níquel puro. Los metales nanoactivados relajantes del estrés eran más estables energéticamente que los depósitos altamente estresados. La relación de concentración más baja de citrato e ión níquel dio como resultado una mayor tensión de tracción interna. El equipo también añadió hidrógeno para promover la nucleación de gemelos. Para comprender las propiedades mecánicas del material, realizaron pruebas de compresión uniaxial en micropilares con un diámetro de 1.3 micrones en la escala. Las curvas de tensión-deformación indicaron que el material con doble espesor menor es más resistente, mostrando que el comportamiento del refuerzo sigue siendo funcional incluso con doble espesor refinado.
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Propiedades mecánicas de los pilares NT-Ni. Curvas de tensión-deformación uniaxiales verdaderas para columnas que muestran que la tensión de flujo al 2% de deformación plástica en muestras NT-2.9 y NT-6.4 es 4.0 y 2.9 GPa, respectivamente. Las verdaderas curvas de tensión-deformación para NG- y CG-Ni de (22) también se presentan para comparación. El cuadrado rojo, el círculo naranja y los triángulos azul y negro indican las tensiones de flujo al 2% de deformación plástica para las cuatro muestras. El inserto muestra un esquema de la prueba de compresión que se realizó en muestras de NT-Ni de 1,3 µm de diámetro. Crédito: Avances en la ciencia, doi: 10.1126 / sciadv.abg5113
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Fortalecimiento continuo en NT-Ni. Variación de la resistencia al flujo con tamaño de grano medio o doble espesor para Ni y Mo-NT-Ni microaleados (1,3 at.%), Junto con datos de la literatura obtenidos directamente por ensayos de tracción y compresión para Ni electrodepositado (ED), pilares de Ni, ED NT -Ni (22, 24–33, 53, 54) y NT-Cu (2). El comportamiento de refuerzo continuo que se extiende hasta el doble espesor de 2,9 y 1,9 nm se observa en las muestras de Mo microaleado con NT-Ni y NT-Ni, respectivamente. Por otro lado, el comportamiento de ablandamiento, es decir, la disminución de la resistencia al flujo con la disminución del tamaño de grano o del grosor del gemelo, se observa en el NT-Cu depositado cuando el espesor medio del gemelo está por debajo de 10 a 15 nm. Crédito: Avances en la ciencia, doi: 10.1126 / sciadv.abg5113
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Mecanismos de deformación en NT-Ni con λ = 2,9 nm. (A) Imagen de campo claro post mórtem que muestra la banda de corte y los granos columnares en la muestra. La inserción muestra la morfología del pilar después de la compresión uniaxial a ~ 3% de deformación plástica. (B) Una imagen TEM ampliada de la caja R1 en (A) que muestra la estructura de nanotwin conservada en regiones deformadas. (C) Una imagen típica de HRTEM y (D) su correspondiente mapa de deformación GPA (cuerpo rígido en rotación plana, ωxy) en la región deformada, mostrando que un desplazamiento parcial se deslizó con una dirección inclinada para planos duales, dejando una pila detrás de la falla. Crédito: Avances en la ciencia, doi: 10.1126 / sciadv.abg5113
La evolución de la microestructura y los mecanismos de refuerzo.
Para comprender los mecanismos responsables del fortalecimiento continuo, Duan et al. caracterizó la microestructura del material. Para lograr esto, utilizaron una deformación plástica del tres por ciento en la región del material y observaron la alta densidad constante de los nanotwins, a pesar de la deformación, similar a su estructura antes de inducir la deformación plástica. Esto indicó una alta estabilidad de nanoprocesos en el material, una característica que surgió de la actividad suprimida de los desplazamientos parciales de hermanamiento. La alta energía del apilamiento del material, por lo tanto, jugó un papel importante en obstaculizar el proceso de desdoblamiento del material. Duan y col. estudió más a fondo las interacciones utilizando Microscopía electrónica de transmisión y confirmó los mecanismos de fortalecimiento del material de níquel nanoactivado, así como la nanoobjetos secundarios inherente al material, lo que le da una resistencia adicional.
Perspectiva sobre la química de materiales
De esta manera, Fenghui Duan y sus colegas mostraron cómo las nano-ganancias secundarias nano o jerárquicas pueden convertirse en metales o aleaciones. Los investigadores ya habían desarrollado la nucleación y el crecimiento de gemelos secundarios y habían calculado el estrés de flujo crítico para la nucleación de gemelos en la muestra. Basado en el modelo, descubrieron la existencia de una transición en el mecanismo de fortalecimiento del níquel nanoactivado en un espesor doble extremadamente delgado. El equipo mostró cómo el níquel nanoactivado, obtenido mediante electrodeposición en corriente continua, con su doble espesor extremadamente delgado, exhibía una resistencia mayor que la del níquel puro. níquel, derivado del reforzamiento continuo del doble espesor.
Duan F.et al, Níquel puro extremadamente nano-ganado con espesor doble extremadamente delgado, Avances en la ciencia, DOI: 10.1126 / sciadv.abg5113
Yip S. et al, El tamaño más fuerte. Naturaleza, DOI: 10.1038 / 35254
Wang J. et al, Resistencia teórica casi ideal en nanocables de oro que contienen gemelos de escala angstrom. Comunicaciones de la naturaleza, DOI: 10.1038 / ncomms2768
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Cita: Níquel puro nano-trenzado extremadamente fuerte con espesor doble extremadamente delgado (2021, 1 de septiembre) recuperado el 1 de septiembre de 2021 en https://phys.org/news/2021-09-extremely-strong-nano-twinned- pure-nickel . html
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