«Стабилизация нанокристаллов при повышенных температурах — обычная проблема, — говорит Пейман Шахбейги-Рудпошти, научный сотрудник Института материаловедения Университета Конна и ведущий автор исследования. «Мы обнаружили, что в некоторых сплавах высокий уровень кислорода может привести к значительному снижению их эффективности».Используя специальный процесс измельчения в закрытом перчаточном ящике, заполненном газом аргоном, ученые UConn, работая в сотрудничестве с исследователями из Университета штата Северная Каролина, смогли синтезировать наноразмерные кристаллы железо-хрома и железо-хром-гафний с содержанием кислорода. всего 0,01 процента.
Эти порошки почти бескислородных сплавов оказались намного более стабильными, чем их коммерческие аналоги, с более высоким содержанием кислорода при повышенных температурах и высоких уровнях напряжения.«В этом исследовании впервые были разработаны оптимальные бескислородные наноматериалы», — говорит Сина Шахбазмохамади, доцент кафедры биомедицинской инженерии в UConn и соавтор статьи. «Различные методы определения характеристик, включая передовую просвечивающую электронную микроскопию с коррекцией аберраций, показали значительное улучшение стабильности размера зерна при повышенных температурах».Стабильность размера зерен важна для ученых, стремящихся разработать новое поколение передовых материалов.
Подобно тонким звеньям в замысловатой плетеной сетке, зерна представляют собой мелкие твердые частицы, из которых сделаны металлы. Исследования показали, что более мелкие зерна лучше, когда дело доходит до изготовления более прочных и жестких металлов, которые менее склонны к растрескиванию, лучше проводят электричество и более долговечны при высоких температурах и экстремальных нагрузках. Последние достижения в области технологий позволили материаловедам разрабатывать зерна размером всего 10 нанометров, что в десятки тысяч раз меньше толщины листа бумаги или ширины человеческого волоса. Такие нанокристаллы можно увидеть только под сверхмощным микроскопом.
Но процесс не идеален. Когда некоторые нанозерна создаются в большом объеме для таких применений, как полупроводники, стабильность их размера может колебаться при более высоких температурах и напряжениях. Именно во время исследования этой нестабильности Шахбейги-Рудпошти и исследовательская группа из UConn узнали о роли кислорода в ослаблении стабильности нанокристаллов при высоких температурах.
«Это только первый шаг, но это направление исследований может в конечном итоге привести к разработке более быстрых реактивных двигателей, большей емкости полупроводников и большей чувствительности биосенсоров», — говорит Шахбейги-Рудпошти.Двигаясь вперед, исследователи из Калифорнийского университета намерены проверить свою теорию на других сплавах, чтобы увидеть, влияет ли присутствие или отсутствие кислорода на их работу при повышенных температурах.