在纳米柱中抑制尺寸效应,具有由纳米尺度增材制造实现的等级微结构

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 机械工程 机械工程
• 纳米技术纳米技术

背景情况:

• 纳米金属的机械尺寸效应对于理解其特性至关重要.
• 之前的研究集中在统一的微观结构及其强度作为直径的函数.
• 层次的微观结构及其对机械行为的影响需要进一步研究.

研究的目的:

• 开发一种增材制造 (AM) 技术,用于生产具有控制层次微观结构的金属.
• 为了研究AM制造的纳米柱的机械性能,特别是产量强度和变形模式.
• 探索层次的微观结构,尺寸效应和纳米金属的机械反应之间的关系.

主要方法:

• 利用基于水凝输注的增材制造技术与双光子光刻法来创建Ni纳米柱 (D ~ 130-330nm).
• 描述了层次的微观结构,揭示了类似竹子的排列中的纳米孔隙性和纳米晶粒 (d ~ 30-50 nm).
• 在现场进行纳米压缩实验和分子动力学模拟,以分析机械行为和变形模式.

主要成果:

• 由AM制造的Ni纳米柱体呈现出具有纳米孔和纳米晶粒的等级结构.
• 收益强度 (σ) 范围为1-3 GPa,超过了统一对应的收益强度,尺寸依赖性较弱 (σ D^-0.2).
• 纳米度调解了变形模式从局部到同质化的过渡,模拟证实了这一点.

结论:

• 层次的微观结构显著影响纳米金属的机械反应.
• 开发的AM技术使得复杂的微观结构能够为量身定制的机械性质进行工程.
• 这项研究为小规模的工程应用开辟了道路,利用了支持AM的层次设计.