Kryształy nanocząstek również narażone na defekty

Kryształy nanocząstek wzbudzają coraz większe zainteresowanie ze względu na ich potencjalne zastosowanie w powłokach turbin gazowych i silników odrzutowych. Takie powłoki wykazują się bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi i odpornością na obciążenia. W odróżnieniu od symulacji komputerowych prawdziwe nanokryształy nie są jednak wolne od defektów, które znacznie pogarszają właściwości powłoki.

Naukowcy z Berkeley Lab we współpracy z wieloma instytucjami naukowymi zbadali materiał wykonany z nanokryształów niklu poddanych wysokiemu ciśnieniu. Okazało się, że w materiale doszło do plastycznej deformacji z dyslokacją kryształów i to tych o rozmiarze jedynie 3 nanometrów. Pomiarów dokonano za pomocą promieni rentgenowskich i UV.

Odkształcenie (deformacja) plastyczne to stała zmiana w kształcie materiału będąca wynikiem obciążenia. Prawdopodobieństwo wystąpienia odkształcenia plastycznego rośnie wraz z ilością dyslokacji, czyli defektów i nieregularności w strukturze materiału. Większość materiałów składa się z małych kryształów zwanych ziarnami i zjawiska zachodzące pomiędzy ziarnami mają kluczowe znaczenie dla właściwości materiału. Na podstawie komputerowych symulacji i analiz mikroskopem elektronowym uważano dotychczas, że odkształcenia plastyczne związane z dyslokacją nie występują przy ziarnach o wymiarze do 10 nm i są najbardziej prawdopodobne powyżej 30 nm.

Zbadanie rozmiaru ziaren i efektów związanych z działaniem ciśnienia na nanometale wymagało użycia superprzewodzącego magnesu, który wspomagał działanie dyfraktometru rentgenowskiego z komorą z kowadłami diamentowymi. Próbki poddano ciśnieniu powyżej 3 GPa dla niklu o rozmiarze ziaren 500 nm, 11 GPa , dla 20 nm. W takich warunkach następowała dyslokacja sieci krystalicznej, co więcej przy ciśnieniu 18,5 GPa miało to miejsce również dla ziaren 3 nm. Nanokryształy niklu zostały wybrane ze względu na ściennie centrowany układ krystaliczny, który pozostaje stabilny w dużym zakresie ciśnienia. Obecnie naukowcy pracują z innymi nanomateriałami, zarówno metalicznymi, jak i niemetalicznymi.

(pj)