SPD纳米材料制备方法及其力学特性

剧烈塑性变形（severe plastic deformations,SPD)纳米化技术是近年来发展的一种力致材料纳米化方法。该方法克服了由粉体压合法带来的残余空隙，球磨法带来的杂质等不足，并且适用于不同形状尺寸的金属，合金，金属间化合物等，因此受到了越来越多的关注。介绍了SPD纳米材料的制备方法及相关纳米材料力学性能研究的现状，并展望了对SPD力致纳米材料的研究趋势。

Dislocations and twins in nanocrystalline Ni after severe plastic deformation: the effects of grain size

Deformation microstructures have been investigated in nanocrystalline (nc) Ni with grain sizes in the 50-100 nm range. It was found that deformation twinning started to occur in grains of similar to 90 nm, and its propensity increased with decreasing grain size. In most of the nc grains dislocations were observed as well, in the form of individual dislocations and dipoles. It is concluded that dislocation-mediated plasticity dominates for grain sizes in the upper half, i.e. 50-100 nm, of the nanocrystalline regime. (C) 2007 Published by Elsevier B.V.

Formation of Single and Multiple Deformation Twins in Nanocrystalline fcc Metals

Deformation twins are often observed to meet each other to form multi-fold twins in nanostructured face-centered cubic (fcc) metals.Here we propose two types of mechanism for the nucleation and growth of four different single and multiple twins. These mechanisms provide continuous generation of twinning partials for the growth of the twins after ucleation. A relatively high stress or high strain rate is needed to activate these mechanisms, making them more prevalent in nanocrystalline materials than in their coarse-grained counterparts.Experimental observations that support the proposed mechanisms are presented.

Growth of deformation twins in room-temperature rolled nanocrystalline nickel

Deformation twinning has been observed in room-temperature rolled nanocrystalline Ni. The growth of the deformation twins via the emission of partial dislocations from a grain boundary has been examined in detail. Partial dislocations on neighboring slip planes may migrate for different distances and then remain in the grain interior, leading to the formation of a steplike twin boundary TB . With continued twin growth, the TBs become gradually distorted and lose their coherent character due to accumulated high stresses. Moreover, we propose that microtwins may form near such TBs due to the emission of partial dislocations from the TB.

Energy transfer between silicon-oxygen-related defects and Yb3+ in transparent glass ceramics containing Ba2TiSi2O 8 nanocrystals

We report on the conversion of near-ultraviolet radiation of 250-350 nm into near-infrared emission of 970-1100 nm in Yb3+-doped transparent glass ceramics containing Ba2TiSi2O8 nanocrystals due to the energy transfer from the silicon-oxygen-related defects to Yb3+ ions. Efficient Yb3+ emission (F-2(5/2)-> F-2(7/2)) was detected under the excitation of defects absorption at 314 nm. The occurrence of energy transfer is proven by both steady state and time-resolved emission spectra, respectively, at 15 K. The Yb2O3 concentration dependent energy transfer efficiency has also been evaluated, and the maximum value is 65% for 8 mol % Yb2O3 doped glass ceramic. These materials are promising for the enhancement of photovoltaic conversion efficiency of silicon solar cells via spectra modification.

Avaliação das propriedades de barreira a gases de membranas obtidas a partir de dispersões aquosas à base de poliuretanos e argila

Materiais nanoestruturados têm recebido destaque na comunidade científica, destacando-se, dentre eles, os nanocompósitos à base de polímeros e argila. Quando esses materiais são obtidos no estado líquido, ressalta-se também o uso de água em substituição a solventes orgânicos, devido a questões ambientais. Neste trabalho foram sintetizadas dispersões aquosas à base de poliuretanos (WPUs) e argila hidrofílica do tipo montimorilonita (MMT) de natureza sódica, com o objetivo de avaliar as propriedades de barreira a gases conferidas pela presença de argila e pela variação nas proporções entre os segmentos flexíveis poli(glicol propilênico) (PPG) e o copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG). Os monômeros empregados na síntese foram: poli(glicol propilênico) (PPG); copolímero em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG), com teor de 7% de EG; ácido dimetilolpropiônico (DMPA), diisocianato de isoforona (IPDI) e etilenodiamina (EDA), como extensor de cadeia. Foram sintetizadas dispersões aquosas com e sem a presença de argila, fixando-se a razão entre o número de equivalentes-grama de grupos diisocianato e hidroxila (razão NCO/OH) em 1,5. Nas formulações foi variado também o teor de argila em relação à massa de prepolímero em 0,5% e 1%. Foi adicionada uma etapa de agitação adicional com dispersor Turrax em algumas formulações. A argila foi previamente deslaminada em água deionizada e incorporada à formulação na etapa da dispersão do prepolímero. As dispersões foram avaliadas, quanto ao teor de sólidos totais, tamanho médio de partícula e viscosidade aparente. Os filmes vazados a partir das dispersões foram caracterizados por espectrometria na região do infravermelho (FTIR) e permeabilidade ao CO2. A resistência térmica dos filmes foi determinada por termogravimetria (TG). Foram observadas modificações nas propriedades dos filmes obtidos com a inserção da argila e com a variação no teor de segmentos à base de poli(glicol etilênico). A inserção da argila promoveu uma melhoria na resistência térmica das membranas bem como uma redução na permeabilidade das mesmas. Foi observado um aumento na permeabilidade das membranas obtidas a partir das formulações com maior percentual de copolímero (EG-b-PG), com e sem argila.

Strength, Deformation and Fracture in Metallic Nanostructures

An understanding of the mechanics of nanoscale metals and semiconductors is necessary for the safe and prolonged operation of nanostructured devices from transistors to nanowire- based solar cells to miniaturized electrodes. This is a fascinating but challenging pursuit because mechanical properties that are size-invariant in conventional materials, such as strength, ductility and fracture behavior, can depend critically on sample size when materials are reduced to sub- micron dimensions. In this thesis, the effect of nanoscale sample size, microstructure and structural geometry on mechanical strength, deformation and fracture are explored for several classes of solid materials. Nanocrystalline platinum nano-cylinders with diameters of 60 nm to 1 μm and 12 nm sized grains are fabricated and tested in compression. We find that nano-sized metals containing few grains weaken as sample diameter is reduced relative to grain size due to a change from deformation governed by internal grains to surface grain governed deformation. Fracture at the nanoscale is explored by performing in-situ SEM tension tests on nanocrystalline platinum and amorphous, metallic glass nano-cylinders containing purposely introduced structural flaws. It is found that failure location, mechanism and strength are determined by the stress concentration with the highest local stress whether this is at the structural flaw or a microstructural feature. Principles of nano-mechanics are used to design and test mechanically robust hierarchical nanostructures with structural and electrochemical applications. 2-photon lithography and electroplating are used to fabricate 3D solid Cu octet meso-lattices with micron- scale features that exhibit strength higher than that of bulk Cu. An in-situ SEM lithiation stage is developed and used to simultaneously examine morphological and electrochemical changes in Si-coated Cu meso-lattices that are of interest as high energy capacity electrodes for Li-ion batteries.

Um problema de interferências quânticas: segregação de impurezas em sistemas metálicos nanoestruturados

Neste trabalho estudamos o problema da segregação de impurezas substitucionais em sistemas nanoestruturados metálicos formados pela justaposição de camadas (multicamadas). Utilizamos o modelo de ligações fortes (tight-binding) com um orbital por sítio para calcular a estrutura eletrônica desses sistemas, considerando a rede cristalina cubica simples em duas direções de crescimento: (001) e (011). Devido à perda de simetria do sistema, escrevemos o hamiltoniano em termos de um vetor de onda k, paralelo ao plano, e um ındice l que denota um plano arbitrario do sistema. Primeiramente, calculamos a estrutura eletrônica do sistema considerando-o formado por átomos do tipo A e, posteriormente, investigamos as modificações nessa estrutura eletrônica ao introduzirmos uma impureza do tipo B em um plano arbitrário do sistema. Calculamos o potencial introduzido por esta impureza levando-se em conta a neutralidade de carga através da regra de soma de Friedel. Calculamos a variação da energia eletrônica total ΔEl como função da posição da impureza. Como substrato, consideramos sistemas com ocupações iguais a 0.94 e 0.54 elétrons por banda, o que dentro do modelo nos permite chamá-los de Nie Cr. As impurezas sao tambem metais de transição - Mn, Fee Co. Em todos os casos investigados, foi verificado que a variação de energia eletrônica total apresenta um comportamento oscilatorio em função da posição da impureza no sistema, desde o plano superficial, até vários planos interiores do sistema. Como resultado, verificamos a ocorrencia de planos mais favoráveis à localização da impureza. Ao considerarmos um número relativamente grande de planos, um caso em particular foi destacado pelo aparecimento de um batimentono comportamento oscilatório de ΔEl. Estudamos também o comportamento da variação da energia total, quando camadas (filmes) são crescidas sobre o substrato e uma impureza do mesmo tipo das camadas é colocada no substrato. Levamos em conta a diferença de tamanho entre os átomos do substrato e os átomos dos filmes. Analisamos ainda a influência da temperatura sobre o comportamento oscilatório da energia total, considerando a expansão de Sommerfeld.

Absence of room-temperature ferromagnetism in Al-codoped Zn0.95Co0.05O nanoparticles

Nanocrystalline Zn0.95-xCo0.05AlxO (x=0, 0.01, 0.05) diluted magnetic semiconductors have been synthesized by an auto-combustion method. X-ray diffraction measurements indicated that Al-doped Zn0.95Co0.05O samples had the pure wurtzite structure. X-ray absorption spectroscopy, high-resolution transmission electron microscope, energy dispersive spectrometer and Co 2p core-level photoemission spectroscope analyses indicated that Co2+ substituted for Zn2+ without forming any secondary phases or impurities. Resistance measurements showed that the resistance values of Co and Al codoped samples were still so large in the giga magnitude. Magnetic investigations showed that nanocrystalline Al-doped Zn0.95Co0.05O samples had no indication of room temperature ferromagnetism. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.