ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механические свойства нанокластеров и наноструктур из "Физико-химия нанокластеров наноструктур и наноматериалов" Тс составило 20°. Несмотря на отсутствие явных признаков перехода, для кристалла, построенного из кластеров с d = 26 нм, все же следует предположить присутствие остаточного размытого сегнетоэлектрического перехода, который не наблюдается, по-видимому, из-за разброса кластеров по размерам и диффузного характера самого перехода. Следует отметить, что на величину Тс влияют не только размеры кластеров, но и межкластерные взаимодействия в нанокристалле, которые влияют также на ее разброс. [c.423] Среди механических свойств нанокластеров и наноструктур необходимо отметить высокую твердость и высокую пластичность. Твердость материала представляет собой характеристику сопротивления материала пластической деформации при вдавливании в него более прочного материала. Твердость по Виккерсу, которая используется далее для характеристики наноматериалов, измеряется по глубине отпечатка на поверхности после снятия напряжения и определяется, в основном, пределом текучести материала ау. Размер зерен материала в значительной степени определяет его микротвердость, которая определяется законом Холла—Петча [22,23]. [c.423] До известного предела твердость наноструктуры может превышать твердость крупнозернистых материалов в несколько раз. Так, для нанокристаллических металлов А , Си, Р 1, 5е, Ре, N1 наблюдалось увеличение твердости с уменьшением размера кластера до 4 -г 6 нм, согласно закону Холла—Петча, для разных образцов одного и того же металла разного размера. Однако, если увеличивать размер нанокластеров на одном и том же образце путем отжига наноматериала, то закон Холла—Петча выполняется только для 12 Ч- 20 нм [25]. [c.424] Такие результаты могут быть следствием зависимости твердости также и от структуры границ раздела. [c.424] Зависимости микротвердости от размеров изучались для нанокристаллических сплавов, причем размеры нанокластеров увеличивались путем отжига материала [26]. [c.424] Как уже отмечалось, твердость наноструктуры уменьшается с увеличением размера нанокластеров, которые ее образуют. Эффективным способом, который позволяет увеличивать размер кластера, является температурный отжиг наноматериала. [c.425] На рис. 13.18 представлены результаты измерения зависимости твердости от температуры отжига для наноструктурированной меди [28]. [c.425] Исходная микротвердость практически не менялась при температурах отжига менее 400 К. Скачкообразное уменьшение микротвердости наблюдается при Г = 425 -f 450 К и связано с ростом нанозерен меди, снятием внутренних напряжений и снижением плотности дислокаций и необратимым переходом из наноструктуры в крупнозернистое состояние. [c.425] В отличие от нанокристаллического серебра отжиг образцов нанокристаллического оксида магния d и 10 нм) вплоть до Г = 870 К не приводил к изменению твердости [30]. [c.426] Такой результат возникает из-за высокой температурной устойчивости таких оксидов и вообше керамики, в результате чего размеры нанокластеров не меняются вплоть до 800 К. Данные такого опыта позволяют сделать вывод о том, что размеры кластеров, приводящие к уменьшению дефектов и напряжений в наноструктурах, отличаются для оксидов и для металлов и позволяют предположить более крупные соответствующие размеры для оксидных кластеров. [c.426] Следуюшие важные характеристики наноматериалов это модуль упругости Е и модуль сдвига G, которые определяются в виде коэффициентов в уравнениях от = Е ,где г — напряжение при растяжении образца, ле — относительное удлинение образца при малых деформациях (выполнении закона Гука), и г = Сг7, где г — напряжение в поперечном сечении, 7 — де рмация сдвига. Модули упругости и сдвига определяют с помощью изменения скоростей продольных и поперечных ультразвуковых колебаний [31]. [c.426] Для нанокристаллической меди величины Е п G были определены при разных температурах отжига, и тем самым для наноматериала с различными размерами кристаллитов [31]. Исходные размеры нанокристаллитов были довольно крупные (200 -f 400 нм) и соответстаовали значениям Е к G т 10-г15% меньше по сравнению с крупнозернистой медью. При температуре отжига 423 4- 456 К наблюдался резкий скачок в увеличении Е и G (рис. 13.20). [c.426] Важной задачей, которая рещается с помощью наноматериалов, является демпфирование колебаний. Улучшение демпфирующих свойств снижает многие вредные воздействия, например воздействие циклических нафузок, уменьшает шумы, связанные с вибрацией механизмов, повышает точность измерений и т. д. [c.427] Уменьшение размеров нанокластеров, образующих наноструктуру, приюдит к созданию большего числа и увеличению площади межфазных фаниц с избыточной энергией, которые демпфируют колебания и приводят к улучшенным антиколебательным свойствам. [c.427] Замечательное свойство наноструктур представляет их сверхпластичность. Длина образцов наноматериалов при растяжении может увеличиваться в десятки раз Впервые это явление было обнаружено при растяжении сплава 8п—В [32], когда образец удлинялся более, чем в 20 раз. [c.427] Металлические наноструктуры и наноструктуры из сплавов металлов позволяют получать сверхпластичные материалы при температурах гораздо ниже температуры плавления. Так, для N1 и NiзAl низкотемпературная сверхпластичность наблюдалась при температурах 470 и 450° С соответственно, что почти втрое меньше температуры плавления [33]. [c.427] В двухфазных наносистемах рост кластеров одной фазы подавляется за счет присутствия другой фазы. [c.428] Высокую прочность и сверхпластичность можно объяснить, используя приведенную ранее экстремальную зависимость (см. рис. 13.13) плотности дефектов и избыточной энергии от размера кластера. Действительно, у наносистем, построенных из малых кластеров с размером d 10 нм, дефекты и дислокации немногочисленны, и такие системы демонстрируют рекордную прочность. В то же время у наносистем, построенных из кластеров промежуточных размеров 10 d 100 нм, число дефектов максимально, что обеспечивает их рекордную пластичность. Таким образом, для получения сверхтвердых материалов надо использовать наносистемы, сформированные из нанокластров с d 10 нм, а для сверхпластичных — наносистемы из нанокластеров с 10 d 100 нм. [c.428] Вернуться к основной статье