Nanokrystallinske materialer med reduceret ilt viser forbedret ydeevne

Forskere ved University of Connecticut har fundet ud af, at reduktion af ilt i nogle nanokrystallinske materialer kan forbedre deres styrke og holdbarhed ved forhøjede temperaturer, en lovende forbedring, der kan føre til bedre biosensorer, hurtigere jetmotorer, og halvledere med større kapacitet.

"Stabilisering af nanokrystaller ved forhøjede temperaturer er en fælles udfordring, "siger Peiman Shahbeigi-Roodposhti, en postdoktoral forsker ved UConn's Institute of Materials Science og undersøgelsens hovedforfatter. "I visse legeringer, vi fandt ud af, at høje niveauer af ilt kan føre til en betydelig reduktion i deres effektivitet. "

Ved hjælp af en særlig fræsningsproces i en lukket handskerum fyldt med argongas, UConn forskere, arbejder i samarbejde med forskere fra North Carolina State University, var i stand til at syntetisere krystaller i nanostørrelse af jern-chrom og jern-krom-Hafnium med iltniveauer så lave som 0,01 procent. Disse næsten iltfrie legeringspulvere syntes at være meget mere stabile end deres kommercielle modstykker med højere iltindhold ved forhøjede temperaturer og under høje belastninger.

"I dette studie, for første gang, optimale iltfrie nanomaterialer blev udviklet, "siger Sina Shahbazmohamadi, en adjunkt i biomedicinsk teknik ved UConn og en medforfatter på papiret. "Forskellige karakteriseringsteknikker, herunder avanceret aberrationskorrigeret transmissionselektronmikroskopi, afslørede en betydelig forbedring af kornstørrelsesstabiliteten ved forhøjede temperaturer. "

Kornstørrelsesstabilitet er vigtig for forskere, der søger at udvikle den næste generation af avancerede materialer. Som fine led i et indviklet vævet net, korn er de små faste stoffer, hvorfra metaller fremstilles. Undersøgelser har vist, at mindre korn er bedre, når det kommer til at lave stærkere og hårdere metaller, der er mindre tilbøjelige til at revne, bedre ledere af elektricitet, og mere holdbar ved høje temperaturer og under ekstrem belastning. Nylige teknologiske fremskridt har gjort det muligt for materialeforskere at udvikle korn på kun 10 nanometer, som er titusindvis af gange mindre end tykkelsen på et ark papir eller bredden af ​​et menneskehår. Sådanne nanokrystaller kan kun ses under ekstremt kraftfulde mikroskoper.

Men processen er ikke perfekt. Når nogle nanograins skabes i bulk til applikationer såsom halvledere, stabiliteten af ​​deres størrelse kan svinge under højere temperaturer og stress. Det var under undersøgelsen af ​​denne ustabilitet, at Shahbeigi-Roodposhti og UConn-forskergruppen lærte den rolle, ilt spillede i at svække nanokrystallernes stabilitet ved høje temperaturer.

"Dette er kun et første skridt, men denne undersøgelseslinje kan i sidste ende føre til udvikling af hurtigere jetmotorer, mere kapacitet i halvledere, og mere følsomhed i biosensorer, "Siger Shahbeigi-Roodposhti.

Bevæger sig fremad, UConn -forskerne agter at teste deres teori om andre legeringer for at se, om tilstedeværelse eller fravær af ilt påvirker deres ydeevne ved forhøjede temperaturer.

Studiet, "Virkning af iltindhold på termisk stabilitet af kornstørrelse for nanokrystallinske Fe10Cr- og Fe14Cr4Hf -legeringspulvere, "som blev støttet af finansiering fra det amerikanske energiministerium, vises i øjeblikket online i Journal of Alloys and Compounds .