银纳米结构力学和氧化行为的原位透射电镜研究

发布时间：2021-03-05 06:06

　　金属银（Ag）作为一种我们生活中常见的贵金属材料,具有很高的科研价值和广阔的工业应用空间。近年来,Ag微纳结构材料在微机电系统、电子器件、催化等领域得到了广泛应用,其在服役过程中必然经历各种力、电、热等各种载荷的作用,从而导致结构变化和损伤,因此有必要对Ag微纳结构材料在外场作用下的结构演化开展研究。微纳机电设备的优化设计需要调整其纳米材料的尺寸,尺寸不仅包括材料的直径也包括材料的长度,然而先前大量的研究大量集中在直径对力学性能的影响上,而长度对于小尺寸晶体的力学性能影响仍知之甚少。利用无定型碳沉积的方法,在透射电子显微镜中研究了相同直径但长度不同的Ag纳米线的力学变形行为。实验结果显示在Ag纳米线的变形行为中存在显著的长度效应,即纳米线的强度和延展性都会随长度的减小而增加。长度效应引起纳米线塑性差异的原因是滑移模式的变化;而长度效应引起的纳米线强度差异是由纳米线表面不稳定缺陷的数量造成的。对不同金属晶体的定量统计数据表明,由于不同的变形机制,纳米金属的强度随长径比的减少呈现两个完全相反的趋势。具体来说,当直径恒定时,强度随长径比的减小而增大;而当长度恒定时,强度随长径比的减小而减小。... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．３块体金属纳米材料中归一化的屈服强度和延伸率的关系＠１

除了上述的理论外，还有一种解释尺寸效应的经典理论，“位错源控制”理??论。Ｖｏｌｋｅｒｔ等人［４３］对小尺寸的Ａｕ单晶柱进行了压缩变形实验，得到的直径与屈??服强度、应变硬化率的关系如图１．６所示，可以看到屈服强度和应变硬化率都随??着直径的增大呈线性下降的趋势。他们认为变形行为是由位错源的激活控制的，??在遵循Ｈａｌｌ－Ｐｅｔｃｈ关系的前提下，大的位错密度（例如位错堆积）将导致很大的??内应力去激活位错源。微米柱晶体内部初始存在的位错源随着微米柱半径减小而??减少，即小的纳米柱中的位错源密度越小，因而在小纳米柱中位错想要形核就十??分困难，需要更高的应力作用才能发生塑性变形。在此基础上，Ｐａｒｔｈａｓａｒａｔｈ等人??［４４］对位错源的臂长进行了分析，如图１．７所示，他们发现与宏观块体材料中的??Ｆｒａｎｋ－Ｒｅａｄ位错源主导的变形机制不同，在纳米柱中存在可以一端固定在内部，??另一端位于自由表面的单臂位错源（Ｓｉｎｇｌｅ－ａｒｍｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｓｏｕｒｃｅｓ），这些位错源??可以在内部自由滑移

ｄｉａｍｅｔｅｒ?（＾ｍ）?ｄｉａｍｅｔｅｒ?（ｊｉｍ）??图１．６?（ａ）?５％塑性应变下的屈服应力和（ｂ）所有测试柱的应变硬化率：晶粒Ａ?（黑色菱??形），晶粒Ｂ?（空心三角形）和晶粒Ｃ?（灰色圆形）。实线显示最佳拟合数据，斜率为（ａ）??－０．６１?和（ｂ）?－１．０７ｔ４３】。??Ｆｉｇｕｒｅｌ．６?（ａ）?Ｙｉｅｌｄ?ｓｔｒｅｓｓ?ａｔ?５％?ｐｌａｓｔｉｃ?ｓｔｒａｉｎ?ａｎｄ?（ｂ）?ｓｔｒａｉｎ?ｈａｒｄｅｎｉｎｇ?ｒａｔｅ?ｆｏｒ?ａｌｌ?ｃｏｌｕｍｎｓ?ｔｅｓｔｅｄ：??Ｇｒａｉｎ?Ａ?（ｂｌａｃｋ?ｄｉａｍｏｎｄｓ），?Ｇｒａｉｎ?Ｂ?（ｏｐｅｎ?ｔｒｉａｎｇｌｅｓ），?ａｎｄ?Ｇｒａｉｎ?Ｃ?（ｇｒｅｙ?ｃｉｒｃｌｅｓ）．?Ｔｈｅ?ｓｏｌｉｄ?ｌｉｎｅｓ??ｓｈｏｗ?ｂｅｓｔ?ｆｉｔｓ?ｔｏ?ｔｈｅ?ｄａｔａ?ｗｉｔｈ?ｓｌｏｐｅｓ?ｏｆ?（ａ）?—０．６１?ａｎｄ?（ｂ）?－１．０７［４３】．??ａ??輪＾??＾????图１．７?（ａ）?Ｆｒａｎｋ－Ｒｅａｄ源在有限维样本中快速成为单边源的示意图。（ｂ）关鍵配置中有限??圆柱形样品中单边源示意图，其中从销到自由表面的距离最短。可用来源中最长的臂（在??这种情况下为蓝色）决定了临界剪切应力。因此，有限尺寸样品中的销的统计数量决定了??样品的屈服强度［４４］。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．７?（ａ）?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｈｏｗ?ｄｏｕｂｌｅ－ｐｉｎｎｅｄ?Ｆｒａｎｋ－Ｒｅａｄ?ｓｏｕｒｃｅｓ?ｑｕｉｃｋｌｙ?ｂｅｃｏｍｅ??ｓｉｎｇｌｅ－ｅｎｄｅｄ?ｓｏｕｒｃｅｓ?ｉｎ?ｓａｍｐｌｅｓ?ｏｆ?ｆｉｎｉｔｅ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ

【参考文献】：
期刊论文
[1]金属高温氧化和热腐蚀[J].   腐蚀科学与防护技术. 2003(03)



本文编号：3064709