Fundamentalt gennembrud i fremtiden for design af materialer

Et team af forskere fra AMBER center med base i Trinity College Dublin, har fået et gennembrud inden for materialedesign - et, der udfordrer det gængse syn på, hvordan materiens grundlæggende byggesten samles for at danne materialer.

Professor John Boland, Principal investigator i AMBER og Trinity's School of Chemistry, forsker Dr. Xiaopu Zhang, med professorerne Adrian Sutton og David Srolovitz fra Imperial College London og University of Pennsylvania, har vist, at de granulerede byggeklodser i kobber aldrig kan passe perfekt sammen, men roteres, hvilket forårsager et uventet niveau af fejljustering og overfladeruhed. denne adfærd, som tidligere var uopdaget, gælder for mange materialer ud over kobber og vil have vigtige konsekvenser for, hvordan materialer bliver brugt og designet i fremtiden. Forskningen blev offentliggjort i dag i det prestigefyldte tidsskrift, Videnskab . Intel Corp. Components Research Group samarbejdede også om udgivelsen.

elektriske, termiske og mekaniske egenskaber styres af, hvordan kornene i et materiale er forbundet med hinanden. Indtil nu, man troede, at korn, som består af millioner af atomer, bare pak sammen som klodser på en bordplade, med små huller hist og her. Professor Boland og hans team har for første gang vist, at korn i nanostørrelse i kobber faktisk vipper op og ned for at skabe kamme og dale i materialet. Nanokrystallinske metaller såsom kobber er meget udbredt som elektriske kontakter og sammenkoblinger i integrerede kredsløb. Denne nye forståelse på nanoskala vil påvirke, hvordan disse materialer er designet, i sidste ende muliggør mere effektive enheder, ved at reducere modstanden mod strømflow og øge batterilevetiden i håndholdte enheder.

Professor John Boland, Principal investigator i AMBER og Trinity's School of Chemistry, sagde, "Vores forskning har vist, at det er umuligt at danne helt flade nanoskalafilm af kobber og andre metaller. Grænsen mellem kornene i disse materialer er altid blevet antaget at være vinkelret på overfladen. Vores resultater viser, at disse grænser i mange tilfælde foretrækker at være i en vinkel, som tvinger kornene til at rotere, resulterer i en uundgåelig ruhed. Dette overraskende resultat var baseret på vores brug af scanning tunneling mikroskopi, som gjorde det muligt for os at måle for første gang den tredimensionelle struktur af korngrænser, inklusive de præcise vinkler mellem tilstødende korn."

Han tilføjede, "Vigtigere, vi har nu en plan for, hvad der skal ske i en lang række materialer, og vi er ved at udvikle strategier til at kontrollere niveauet af kornrotation. Hvis det lykkes, vil vi have kapaciteten til at manipulere materialeegenskaber på et hidtil uset niveau, påvirker ikke kun forbrugerelektronik, men andre områder såsom medicinske implantater og diagnostik. Denne forskning placerer Irland endnu en gang i spidsen for materialeinnovation og design."