Strain-induced electronic phase transition and strong enhancement of thermopower of TiS2

Using first-principles density functional theory calculations, we show a semimetal to semiconducting electronic phase transition for bulk TiS2 by applying uniform biaxial tensile strain. This electronic phase transition is triggered by charge transfer from Ti to S, which eventually reduces the overlap between Ti-(d) and S-(p) orbitals. The electronic transport calculations show a large anisotropy in electrical conductivity and thermopower, which is due to the difference in the effective masses along the in-plane and out-of-plane directions. Strain-induced opening of band gap together with changes in dispersion of bands lead to threefold enhancement in thermopower for both p-and n-type TiS2. We further demonstrate that the uniform tensile strain, which enhances the thermoelectric performance, can be achieved by doping TiS2 with larger iso-electronic elements such as Zr or Hf at Ti sites.

Deformation behaviour of Rheocast A356 Al alloy at microlevel considering approximated RVEs

A micromechanical approach is considered here to predict the deformation behaviour of Rheocast A356 (Al-Si-Mg) alloy. Two representative volume elements (RVEs) are modelled in the finite element (FE) framework. Two dimensional approximated microstructures are generated assuming elliptic grains, based on the grain size, shape factor and area fraction of the primary Al phase of the said alloy at different processing condition. Plastic instability is shown using stress and strain distribution between the Al rich primary and Si rich eutectic phases under different boundary conditions. Boundary conditions are applied on the approximated RVEs in such a manner, so that they represent the real life situation depending on their position on a cylindrical tensile test sample. FE analysis is carried out using commercial finite element code ABAQUS without specifying any damage or failure criteria. Micro-level in-homogeneity leads to incompatible deformation between the constituent phases of the rheocast alloy and steers plastic strain localisation. Plastic stain localised regions within the RVEs are predicted as the favourable sites for void nucleation. Subsequent growth of nucleated voids leads to final failure of the materials under investigation.

Simultaneous tunability of the electronic and phononic gaps in SnS2 under normal compressive strain

Controlled variation of the electronic properties of. two-dimensional (2D) materials by applying strain has emerged as a promising way to design materials for customized applications. Using density functional theory (DFT) calculations, we show that while the electronic structure and indirect band gap of SnS2 do not change significantly with the number of layers, they can be reversibly tuned by applying biaxial tensile (BT), biaxial compressive (BC), and normal compressive (NC) strains. Mono to multilayered SnS2 exhibit a reversible semiconductor to metal (S-M) transition with applied strain. For bilayer (2L) SnS2, the S-Mtransition occurs at the strain values of 17%,-26%, and -24% under BT, BC, and NC strains, respectively. Due to weaker interlayer coupling, the critical strain value required to achieve the S-Mtransition in SnS2 under NC strain is much higher than for MoS2. From a stability viewpoint, SnS2 becomes unstable at very low strain values on applying BC (-6.5%) and BT strains (4.9%), while it is stable even up to the transition point (-24%) in the case of NC strain. In addition to the reversible tuning of the electronic properties of SnS2, we also show tunability in the phononic band gap of SnS2, which increases with applied NC strain. This gap increases three times faster than for MoS2. This simultaneous tunability of SnS2 at the electronic and phononic levels with strain, makes it a potential candidate in field effect transistors (FETs) and sensors as well as frequency filter applications.

Predictions for Partial-Dislocation-Mediated Processes in Nanocrystalline Ni by Generalized Planar Fault Energy Curves: An Experimental Evaluation

Generalized planar fault energy (GPFE) curves have been used to predict partial-dislocation-mediated processes in nanocrystalline materials, but their validity has not been evaluated experimentally. We report experimental observations of a large quantity of both stacking faults and twins in nc Ni deformed at relatively low stresses in a tensile test. The experimental findings indicate that the GPFE curves can reasonably explain the formation of stacking faults, but they alone were not able to adequately predict the propensity of deformation twinning.

Measurement Of Fracture Toughness And Interfacial Shear Strength Of Hard And Brittle Cr Coating On Ductile Steel Substrate

The fracture toughness and interfacial adhesion properties of a coating on its substrate are considered to be crucial intrinsic parameters determining performance and reliability of coating-substrate system. In this work, the fracture toughness and interfacial shear strength of a hard and brittle Cr coating on a normal medium carbon steel substrate were investigated by means of a tensile test. The normal medium carbon steel substrate electroplated with a hard and brittle Cr coating was quasi-statically stretched to induce an array of parallel cracks in the coating. An optical microscope was used to observe the cracking of the coating and the interfacial decohesion between the coating and the substrate during the loading. It was found that the cracking of the coating initiated at critical strain, and then the number of the cracks of the coating per unit axial distance increased with the increase in the tensile strain. At another critical strain, the number of the cracks of the coating became saturated, i.e. the number of cracks per unit axial distance became a constant after this critical strain. Based on the experiment result, the fracture toughness of the brittle coating can be determined using a mechanical model. Interestingly, even when the whole specimen fractured completely under an extreme strain of the substrate, the interfacial decohesion or buckling of the coating on its substrate was completely absent. The test result is different from that appeared in the literature though the identical test method and the brittle coating/ductile metal substrate system are taken. It was found that this difference can be attributed to an important mechanism that the Cr coating on the steel substrate has a good adhesion, and the ultimate interfacial shear strength between the Cr coating and the steel substrate has exceeded the maximum shear flow strength level of the steel substrate. This result also indicates that the maximum shear flow strength level of the ductile steel substrate can be only taken as a lower bound estimate on the ultimate shear strength of the interface. This estimation of the ultimate interfacial shear strength is consistent with the theoretical analysis and prediction presented in the literature.

Microstructure Observation And Mechanical Behavior Modeling For Limnetic Nacre

In the present research, microstructure of a kind of limnetic shell (Hyriopsis cumingii) is observed and measured by using the scanning electron microscopy, and mechanical behavior experiments of the shell nacre are carried out by using bending and tensile tests. The dependence of mechanical properties of the shell nacre on its microstructure is analyzed by using a modified shear-lag model, and the overall stress-strain relation is obtained. The experimental results reveal that the mechanical properties of shell nacre strongly depend on the water contents of the limnetic shell. Dry nacre shows a brittle behavior, whereas wetting nacre displays a strong ductility. Compared to the tensile test, the bending test overestimates the strength and underestimates the Young's modulus. The modified shear-lag model can characterize the deformation features of nacre effectively.

涂层断裂韧性的声发射辅助拉伸测量方法

涂层的断裂韧性与界面结合强度是表征涂层/基体材料体系力学性能的重要指标.但如何准确地测量涂层的断裂韧性和强界面结合的涂层/基体材料体系的界面结合强度至今仍存在困难.以铬涂层/钢基体材料为对象,采用声发射和显微镜实时动态检测技术与拉伸实验相结合的方法,探索了铬涂层的断裂韧性以及铬涂层/钢基体的界面剪切强度.根据相关力学模型和实验测量结果,得到铬涂层在室温下的断裂韧性为27.41J/m~2. 同时,发现在铬涂层裂纹饱和后界面开裂都未发生,获得了该种材料体系界面剪切强度的一个下限值.

Adesão dos cimentos Epiphany SE e iRoot SP: Resistência à tração e mapeamento dentinário por microscopia digital

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da microestrutura dentinária na adesão de cimentos endodônticos modernos através: do desenvolvimento de uma metodologia para caracterizar microestruturalmente a dentina; da avaliação da resistência de união (através de ensaios de tração) dos cimentos endodônticos Epiphany SE, iRoot SP e AH Plus; da correlação dos dados obtidos da caracterização da microestrutura dentinária e dos ensaios de tração. Trinta terceiros molares inclusos, recém extraídos, foram embutidos em resina epóxi e seccionados 0,5mm abaixo da junção esmalte-dentina. Doze amostras foram eliminadas durante à preparação metalográfica devido à exposição da câmara pulpar. De cada dente, uma área de análise (AA) com 3,25 mm de diâmetro foi mapeada utilizando técnicas de microscopia ótica digital para: captura de ~400 imagens formando um mosaico; análise digital de imagens, obtendo os resultados de quantidade de túbulos (QT) e de fração de área de túbulos (FAT) do mosaico; conversão da imagem do mosaico em um mapa colorido em que as cores estão diretamente relacionadas à densidade de área tubular. As dezoito amostras restantes foram divididas em 3 grupos (N=6), de acordo com o cimento utilizado, para confecção dos corpos de prova para os ensaios de tração. Os valores de da resistência de união (RU) obtidos foram analisados estatisticamente com teste não-pareado t com correção de Welch e pelo teste F para comparar variâncias Os dados de FAT e de QT foram submetidos ao teste de D'Agostino & Pearson revelando-se não normais (P>0,05), o que indica grande variabilidade da amostragem. O cimento Epiphany SE apresentou uma resistência de união significativamente menor que o cimento AH Plus (P <0,05). Os corpos de prova do iRoot SP falharam prematuramente e não foram analisados. A aplicação do teste r de Spearman não demonstrou correlação significativa entre FAT e RU (P>0,05). O MEV de pressão variável foi utilizado para avaliar qualitativamente a superfície de fratura após os ensaios de tração. A análise revelou um padrão de fratura mista para o AH Plus e o Epiphany SE, além de diferenças no tamanho e na forma das partículas desses cimentos, o que pode influenciar no comportamento mecânico. Dentro da amostragem realizada, não se encontrou correlação significativa entre microestrutura dentinária e a resistência de união.

Análise técnica do uso de resíduos de poli (tereftalato de etileno) (PET) na indústria têxtil

O aumento no volume de rejeitos industriais e a contínua produção de resíduos de naturezas diversas causam muitas preocupações no âmbito ambiental. Neste contexto, o descarte de embalagens e garrafas de poli(tereftalato de etileno) (PET) tem se tornado um grande problema por conta da pequena atenção que se dá à sua destinação final. Assim sendo, essa pesquisa propõe a análise técnica da utilização de resíduos de PET, oriundos de reciclagem primária, como matéria-prima para a indústria têxtil. Fios de PET reciclado foram comparados aos fios comerciais de poliéster através de diversos ensaios como, por exemplo, resistência à tração e ensaios para solidificação da cor. Ao mesmo tempo, a microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi usada para a investigação da morfologia dos fios e melhor interpretação dos resultados. Pôde ser verificado que os fios de PET reciclado apresentam satisfatório desempenho, embora a resistência mecânica e a solidez a cor à luz sejam inferiores àquelas dos fios convencionais de poliéster.

Influência da variação da intensidade de luz, para uma mesma exposição radiante, no comportamento mecânico de uma resina convencional e de uma resina de baixa contração

O presente estudo teve como objetivo avaliar a influência da variação da intensidade de luz, para uma mesma exposição radiante, na resistência à flexão, na microdureza e na resistência à tração diametral de uma resina convencional e de uma resina de baixa contração. Para a confecção dos corpos de prova foram utilizadas as resinas Filtek Z250 (3M ESPE) e Filtek P90 LS (3M ESPE) fotoativadas por meio dos seguintes protocolos: Convencional (400mW/cm por 60 s), Média intensidade (700mW/cm por 34 s) e Alta intensidade (950mW/cm por 26 s). Todos os corpos de prova receberam a mesma exposição radiante de 24J/cm. A resistência à flexão foi avaliada por meio do ensaio de flexão três pontos. Para este ensaio foram confeccionados trinta corpos de prova de cada material (n=10) com dimensões de 10mm x 2mm x 1mm. A avaliação da microdureza Knoop foi obtida a partir de seis discos de cada resina com 5mm de diâmetro por 2mm de espessura (n=2), sendo realizadas cinco indentações em cada espécime. Trinta corpos de prova cílindricos de cada compósito (n=10) com 3mm de diâmetro por 6mm de altura foram confeccionados para a realização do teste de tração diametral. A análise estatística dos resultados obtidos foi realizada por meio do teste de análise de variância (ANOVA) e do teste de múltiplas comparações de Tukey (p < 0.05). A resistência à flexão da resina P90 não foi influenciada de forma significativa pelas diferentes formas de ativação, enquanto a Z250 obteve resultados significantemente maiores para o protocolo de alta intensidade em relação ao convencional. Em todas as intensidades de luz, os resultados da Z250 foram significativamente maiores que os da P90. A microdureza da resina P90 foi estatisticamente maior para o grupo de média intensidade em relação aos outros, já a Z250 não obteve resultados com diferença estatística em relação às formas de ativação. Para a mesma irradiância, a Z250 obteve maiores valores de microdureza do que a P90, com exceção para o protocolo de média intensidade em que não houve diferença estatística entre os materiais. Os valores de resistência à tração não foram influenciados de forma significativa nem pelas diferentes intensidades de luz, nem pelos materiais utilizados. A influência da variação da intensidade de luz depende do tipo de compósito utilizado e da propriedade mecânica avaliada.

Influência de tratamentos térmicos nas propriedades mecânicas e metalúrgicas em liga odontológica à base de níquel-cromo.

É crescente a preocupação com o desenvolvimento de materiais adequados a trabalharem interagindo com o corpo humano. Diversas pesquisas têm sido realizadas no desenvolvimento de biomateriais aplicáveis na odontologia, este empenho é justificável pelo grande número de intervenções cirúrgicas para extração de dentes realizadas em todo o mundo. Durante o processo de fabricação de reconstruções dentárias, que utilizam sistemas metalocerâmicos, é utilizado um tratamento térmico que tem a função de promover a adesão da porcelana ao metal. Entretanto, sabe-se que tratamentos térmicos podem alterar a microestrutura do material metálico, modificando suas propriedades. Este trabalho avaliou as modificações causadas em propriedades mecânicas e microestruturais da liga à base de níquel (FIT CAST-SB) utilizada para fins odontológicos, quando a mesma é submetida ao tratamento térmico para adesão da porcelana (denominado de queima). A liga foi inicialmente fundida através da técnica de centrifugação e cera perdida. Posteriormente, um grupo de amostras (grupo TT) foi submetido ao tratamento térmico de queima para adesão da porcelana e o outro grupo (grupo F), permaneceu apenas submetido ao processo de fundição. Os grupos F e TT foram submetidos a ensaio de tração. Nos grupos F e TT, e no material como recebido pelo fabricante (grupo CR), foram realizados ensaios de microdureza e caracterização microestrutural, esta ultima através da técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os grupos F e CR foram submetidos à análise química quantitativa (em um espectrômetro de emissão atômica) e semi-quantitativa por um sistema de Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) acoplado ao MEV, sendo que esta ultima técnica também foi aplicada ao grupo TT. A técnica de tratamento digital de imagem foi aplicada às micrografias dos grupos F e TT, para a determinação de possíveis modificações quantitativas nas fases presentes, antes e após o tratamento térmico. Todos os resultados dos ensaios foram submetidos ao teste de hipótese nula (H0), para a distribuição t de Student. Concluiu-se que, para as amostras testadas, o limite de resistência foi superior ao fornecido pelo fabricante, respectivamente 559,39 e 545,55 MPa para os grupos F e TT, contra 306 MPa do fabricante. Enquanto o limite de escoamento foi ligeiramente inferior, 218,71 e 240,58 MPa para os grupos F e TT, respectivamente, contra 258 MPa do fabricante. Os resultados de microdureza ficaram entorno de 70HV, superior aos 21HV fornecido pelo fabricante. Pode-se afirmar, com 95% de confiabilidade, que não houve variação nas propriedades mecânicas e na microestrutura (quantidades de fases presentes e tamanho) antes e após a queima para adesão da porcelana, para os corpos de prova testados. A microestrutura da liga, quando observada em MEV no modo elétrons retroespalhados (modo BSE), é formada por uma matriz de estrutura dendrítica e coloração cinza, uma segunda fase interdendrítica de coloração branca e aspecto rendilhado, e precipitados de coloração preta, apresentando também porosidades.

Vibration of pressurised, elastic, spherical shells

Balloons are one example of pressurised, elastic, spherical shells. Whilst analytical solutions exist for the vibration of pressurised spheres, these models only incorporate constant tension in the membrane. For elastic shells, changes in curvature will result in restoring forces that are proportional to the elasticity in the membrane; hence the assumption of constant tension is not valid. This paper describes an analytical solution for the natural frequencies of an elastic spherical shell subject to internal pressure. When the membrane tension is set to zero, the results are shown to converge to the analytical solution for a spherical shell, and when the skin elasticity is neglected, the results converge to the constant-tension solution. This analytical solution is used to predict the natural frequencies of a small balloon, based on a value for the elastic modulus that is determined using biaxial tensile testing. These predictions are compared to experimental measurements of balloon vibrations using impact hammer testing, and good agreement is seen.

Microstructures and mechanical properties of the Mg-4.5Zn-xGd (x = 0, 2, 3 and 5) alloys

Microstructures and mechanical properties of the peak-aged Mg-4.5Zn-xGd (x = 0, 2, 3 and 5 wt.%) alloys have been investigated. The results showed that grain size increased with increasing Gd. Phase analysis showed that MgZn2 phase was observed in the Mg-4.5Zn alloy. While with Gd additions, Mg3Gd and Mg3Gd2Zn3 phases formed, and the volume fraction of the Mg3Gd2Zn3 phase increased with increasing Gd. Tensile test results indicated that the optimal mechanical properties were obtained in the Mg-4.5Zn-2Gd alloy, and the ultimate tensile strength and yield strength were 215 MPa and 121 MPa, respectively.

Novel Method for Preparation of Polypropylene Blends with High Melt Strength by Reactive Compounding

Ultrafine full-vulcanized polybutadiene rubber(UFBR) with particle sizes of ca. 50-100 nm were used for modifying mechanical and processing performances of polypropylene(PP) with PP-g-maleic anhydride(PP-g-MA) as a compatibilizer for enhancing the interfacial adhesion between the two components. The morphology, dynamical rheology response and mechanical properties of the blends were characterized by means of SEM, rheometer and tensile test, respectively.

Microstructures and mechanical properties of extruded Mg-8Gd-0.4Zr alloys containing Zn

Microstructures and mechanical properties of the Mg-8Gd-xZn-0.4Zr (x = 0, 1 and 3 wt.%) alloys in the as-cast, as-extruded and extruded-T5 conditions, have been investigated. The peak-aged Mg-8Gd-1Zn-0.4Zr alloy during isothermal ageing at 423 K acquires highest mechanical properties, with the highest ultimate tensile strength and yield tensile strength of 314 and 217 MPa, respectively. Addition of Zn has obvious effect on age hardening responses, especially for 1 wt.% Zn addition. It is due to a uniform distribution of beta' phase which can impede the movement of dislocations. However, addition of 3 wt.% Zn to the Mg-8Gd-0.4Zr alloy leads to a precipitation of Mg3Zn3Gd2 phase (W-phase). This phase is incoherent with interface of the matrix and becomes cores of the fracture in tensile test at room or elevated temperature.