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銅金屬在奈米等級狀態的材料性質

2011/02/07 | |

Original publish date:Sep 23, 2001

編輯 HCC 報導

研究人員發現銅金屬的材料性質例如塑性,即使在奈米等級的結構仍然與塊材狀態時的性質相同,不會變化。

許多的研究人員在進行奈米元件的製造或模擬分析時,會躊躇不前,因為無法確定奈米結構的材料基本性質如機械性質,是否會與一般同材料在塊材中之性質相同。而且由於奈米科技的進展,元件會越做越小,所以科學家急欲了解一些基本材料的機械性質在奈米尺寸時,是否仍能適用。美國Sandia國家實驗室的Darcy Hughes與丹麥Risø實驗室的Niels Hansen對此問題進行實驗,獲得出乎意料的結果,他們發現銅金屬的材料性質例如塑性,即使在奈米等級的結構仍然與塊材狀態時的性質相同,不會變化。

研究人員係使用離子束在銅塊表面輕輕的刻出一條幾個微米深度的淺坑,然後以穿透式電子顯微鏡對銅表層受影響的區域進行檢視,結果發現類似裂縫型態的結晶變形遍佈銅的結晶格子,在變形區域外圍之間的結晶範圍看起來像細胞一般,結晶範圍的大小會隨著與銅表層的距離而增加。在正常尺寸的金屬塊材試件,金屬的強度與延展性也會以類似的微觀變形型態來表徵。研究人員原以為距銅表層非常小的距離內,結晶範圍與變形外圍的圖樣型態會有所改變,因此能代表奈米銅結構的基本材料性質已經產生變化,結果發現無論是表層或距表層較遠的位置其結晶圖樣型態都沒有變化,表層結構看起來像是下層結構的縮小版而已;即使是在距表層3到10奈米的距離內,僅僅是表層區域的結晶組織較緻密(細胞較小)而已,圖樣型態都不變。

Lawrence Livermore National Laboratories的Wilhelm Wolfer對這個實驗結果評價極高,他認為此發現將導引為一定律,能據以為製造從電腦到汽車內的微結構元件。

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