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.
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.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Materials. 02.02.2024 |
Нано
Ученые создали устройство для хранения и передачи информации с помощью света | |
Устройство на основе углеродной нанотрубк... |
Созданы частицы с квантовыми точками для многоразового применения в биомедицине | |
Новые светящиеся микрочастицы, состоящие из&nb... |
В России доказали эффективность нанокомпозитов для лечения атеросклероза | |
Модифицированные нанокомпозиты для лечени... |
Science: Открыт новый метод выращивания полезных квантовых точек | |
Квантовые точки, или полупроводниковые на... |
PNAS: Новый метод поможет собирать в 10 раз больше золота из электронных отходов | |
Губку из оксида графена и хитозана д... |
Nature Nanotechnology: Идет создание упрощенной формы жизни | |
Учёные много лет пытаются понять, как&nbs |
LS&A: Разработан метод синтеза наночастиц высокоэнтропийных сплавов | |
Быстрое создание наночастиц высокоэнтропийных ... |
Nano Letters: Тройные стыки — залог сохранения стабильности наноматериалов | |
Как создать материалы, которые будут прочнее и... |
Nature Nanotechnology: Нанодиски для стимуляции мозга заменят инвазивные электроды | |
Новые магнитные нанодиски разработали учёные и... |
NatComm: Создана основа для практического применения наночастиц в военной связи | |
Новую технологию шифрования связи в видим... |
В СПбГУ усовершенствовали полупроводниковые наноструктуры для оптоэлектроники | |
Учёные Санкт-Петербургского государственного у... |
NatComm: Белки-шапероны помогают обычным белкам принять правильную форму | |
Белки играют важную роль в организме, и&n... |
EMBO Reports: Разработан биологический подход для изучения паттернинга тканей | |
Как морфогены в сочетании с клеточно... |
LS&A: Разработан хиральный нанокомпозит для зондирования сероводорода | |
С развитием нанотехнологий создано много искус... |
NatComm: Созданы чувствительные к магнитному полю спиновые кубиты из нанотрубок | |
Нанотрубки из нитрида бора, BNNTs, содерж... |
NatNanotechnol: Силоксановые наночастицы целятся точно в органы при мРНК терапии | |
Инженеры из Пенсильвании открыли новый сп... |
ACS Nano: Открыты светопоглощающие свойства ахиральных материалов | |
Исследователи из Университета Оттавы сдел... |
Nature Communications: Наноструктуры на дне океана намекают на зарождение жизни | |
Исследователи из Центра устойчивого ресур... |
ACS Nano: Искусственный паучий шелк превратят в медицинские материалы | |
Скоро Хэллоуин, пора украшать дома страшными в... |
AFM: Антибактериальные поверхности из графена уничтожат 99,9% патогенов | |
Графен, обладающий сильными бактерицидными сво... |
Российские ученые подтвердили эффективность золотых наночастиц против опухолей | |
Исследование показало, что эффектив... |
Physical Review Letters: Ученые подобрались ближе к искоренению наношума | |
Благодаря наноразмерным устройствам исследоват... |
ACS Nano: Новое открытие улучшит дизайн микроэлектронных устройств | |
Как работает электроника нового поколения и&nb... |
Small: Совершен прорыв в создании пленок с использованием оксида графена | |
Исследовательская группа из Университета ... |
В УГНТУ разработали установку по переработке печной сажи в графен | |
Установку, которая перерабатывает печную сажу&... |
Nature Photonics: Уникальный нанодиск продвигает исследования в области фотоники | |
Нанообъект с уникальными оптическими свой... |
ТПУ: Графен позволяет управлять свойствами диэлектриков с высоким преломлением | |
Учёные Инженерной школы неразрушающего контрол... |
Science: Стало возможным массовое производство металлических нанопроводов | |
Новый метод выращивания крошечных металлически... |
NatNano: Новый метод молекулярной инженерии позволит создавать сложные органоиды | |
Новый метод молекулярной инженерии позволяет в... |
NatComm: Нанобиосенсоры открывают широкие возможности в медицинской диагностике | |
Биосенсоры — это устройства, к... |