Çalışmalar, dislokasyonların, malzemelerin fiziksel özelliklerini etkili bir şekilde kontrol etmek için kullanılabilecek yeni bir bileşen olduğunu bulmuştur.
Çin Bilimler Akademisi Metal Araştırma Enstitüsü'nden araştırmacılar, heterojen arayüz dislokasyonlarının Burst vektörünü kontrol etmek için yüksek verimli darbeli lazer biriktirme teknolojisi kullandılar ve büyük doğrusal gerinim gradyanlarına, ultra düşük elastik enerjiye ve özel fiziksel özelliklere sahip başarıyla oluşturulmuş fonksiyonel oksit nanometreleri. yapı. 30 Haziran'da Nature Communications dergisi araştırma sonuçlarını çevrimiçi olarak yayınladı. Bu çalışma, Shenyang Ulusal (Ortak) Malzeme Bilimi Laboratuvarı Katı Atomik Görüntüleme Araştırma Departmanından araştırmacılar Ma Xiuliang, Zhu Yinlian ve Dr. Tang Yunlong'dan oluşan malzeme arayüzü elektron mikroskobu araştırma ekibi tarafından tamamlandı.
Gerinim (özellikle tek tip olmayan gerinim), belirli malzeme yapılarına gradyan ayarlamaları uygulayabilir, böylece ana malzemenin sahip olmadığı yepyeni fiziksel özellikleri düzenleyebilir veya hatta uyarabilir. Bununla birlikte, muntazam olmayan elastik gerginliğin belirli bir cihaza entegre edilmesi genellikle zordur Ana zorluk, üniform olmayan elastik gerginliğin neden olduğu ayrışmanın çok yüksek gerilme enerjisine sahip olması ve kararlı bir şekilde var olmasının zor olmasıdır. Ayrışma geriliminin enerji bariyerini aşmak, malzeme bileşenlerinde tek tip olmayan elastik gerilmenin etkili bir şekilde düzenlenmesini sağlamak ve çok çeşitli yanıt özelliklerine sahip işlevsel gradyanlı malzemeler hazırlamak, günümüzde gelişmiş işlevsel malzemeler alanının karşı karşıya olduğu önemli bir temeldir Bilimsel sorunlar.
Metal Enstitüsü, Shenyang Ulusal (Ortak) Malzeme Bilimi Laboratuvarı'nın katı atom görüntü arayüz yapısı araştırma ekibi, uzun süredir malzemelerin temel bilimsel sorunlarının elektron mikroskobu araştırmasına adanmıştır.Yıllar süren akademik birikimden sonra, yakın zamanda yukarıda belirtilen temel bilimsel problemlerin çözümünde atılımlar gerçekleştirmiştir. Oksit heterojen arayüzleri büyütmek için darbeli lazer biriktirme teknolojisini kullanma sürecinde, BiFeO3 / LaAlO3 (001) arayüzünde düzlem dışı bileşenlere sahip yeni a-kenar dislokasyon dizileri oluşturmak için yüksek akı modu kullandılar. Sapma düzeltmeli elektron mikroskobu analizi, bu yeni tür dislokasyon dizisinin, BiFeO3 nanoyapısında 106 / m'ye kadar doğrusal bir gerinim gradyanı ile sonuçlanan bir kafes rotasyon etkisine (elastik bükülme deformasyonuna benzer) sahip olduğunu göstermektedir. Bu devasa doğrusal gerinim gradyanı, bükülme etkisi yoluyla birkaç megavolt / m'lik (geleneksel bir yarı iletken pn bağlantısının veya Schottky bağlantısının dahili elektrik alanıyla karşılaştırılabilir) yerleşik bir elektrik alanı oluşturur ve ayrıca BiFeO3 nanoyapısının görünür ışığını büyük ölçüde genişletir. Emilim aralığı. Bu, devasa doğrusal gerinim gradyanının bant boşluğunun sürekli ayarlanmasını sağlayabildiğini ve bunun da fotoelektrik tepki özelliklerini etkilediğini ve fotokatalitik özelliklerini geliştirdiğini gösterir.
Bu çalışmanın sonuçları, dislinasyonun elastik enerjisinin, büyük bir boyut etkisini yansıtan, ölçek değişikliği ile güçlü bir doğrusal olmayan özelliğe sahip olduğunu göstermektedir. Teorik hesaplamalar, nano ölçekli BiFeO3 / LaAlO3 sisteminde, elastik gerinim gradyanı 106 / m'yi aşsa bile, sistemin elastik enerjisinin tek tip gerilim altında elastik enerjinin onda biri kadar düşük olduğunu ve hatta arayüz uyumsuzluğundan bile daha düşük olduğunu göstermektedir. Dizinin kendisinin enerjisi.
Dislokasyon, malzeme bilimindeki temel kavramlardan biridir. Bu çalışma, insanların fonksiyonel malzemelerdeki dislokasyonların rolüne ilişkin geleneksel anlayışını değiştirdi: dislokasyonlar, zorunlu olarak fiziksel özelliklerin azalmasına yol açan yapısal kusurlar değildir, ancak mükemmel fiziksel özelliklere sahip yeni bileşenleri etkili bir şekilde kontrol etmek ve hatta üretmek için kullanılabilir. . Bu araştırma, dislokasyon özelliklerinin, sürekli bant aralığı değişiklikleri ile fonksiyonel olarak gradyanlı malzemeler oluşturmak için nasıl kullanılacağına dair kavram, ilke ve yöntemi sağlar.
Bu araştırma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Çin Bilimler Akademisi Sınır Bilimi Temel Araştırma Projesi, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı'nın "973" Programı ve Metal Araştırma Enstitüsü Ge Tingsui Bursu tarafından finanse edildi.
Kağıt bağlantısı
Şekil 1: LaAlO3 / BiFeO3 / LaAlO3 (001) nanoyapı boyunca HAADF-STEM görüntüleme. (a) Atomik çözünürlüklü HAADF-STEM görüntüleme; dört tipik dikdörtgen alan 1, 2, 3 ve 4 olarak etiketlenmiştir. (b) - (d) dikdörtgen alanlar 1, 2, 3 ve 4'e karşılık gelen büyütülmüş görüntülerdir. BiFeO3 nanoyapısında düzlem içi yönde sürekli kafes dönüşü olabileceğini gösteren (b) ve (c) arasındaki göreceli kafes dönüşüne dikkat edin. Pembe ve yeşil oklar, farklı Patlama vektörleri ile iki tür dislokasyonu gösterir ve dislokasyonların çekirdek bölgeleri (d) ve (e) 'de gösterilmiştir.
Şekil 2: (a) LaAlO3 / BiFeO3 / LaAlO3 (001) nanoyapıdaki kafes rotasyonunun () ve (b) düzlem içi gerilimin (xx) iki boyutlu dağılımı. (c) Düzlem yönündeki kafes dönüş çizgisi boyunca dağıtılmış (a) 'daki üç beyaz dikdörtgen bölgeye karşılık gelir. (d) (b) 'deki beyaz dikdörtgene karşılık gelen gerinim çizgisi, düzlem dışı yön boyunca dağıtılır. Hem BiFeO3 hem de LaAlO3'ün bariz kafes dönüşü ürettiğine dikkat edin; aynı zamanda, 106 / m'ye kadar düzlem dışı yön boyunca doğrusal bir gerinim gradyanı da üretti.
Şekil 3: (a) BiFeO3 / LaAlO3 / BiFeO3 / LaAlO3 (001) nanoyapıdaki kafes rotasyonunun () ve (b) düzlem içi gerilimin (xx) iki boyutlu dağılımı. (c) (b) 'deki beyaz dikdörtgene karşılık gelen gerinim çizgisi, düzlem dışı yön boyunca dağıtılır. BiFeO3 / LaAlO3 / BiFeO3 üç katmanlı nanoyapının tamamında, yüksek verimli biriktirme ile hazırlanan BiFeO3 / LaAlO3'ün (001) ilk katmanı dışında, açık kafes dönüşü ve düzlem dışı yön boyunca eşlik eden doğrusal gerinim gradyanı üretildiğini unutmayın. Arayüzler ve diğer arayüzler, sadece uyumsuz gerginliği gevşeten bir dislokasyona sahiptir ve kafes rotasyonunu gevşeten bir dislokasyona sahip değildir, böylece lineer gerilim gradyanı üç katmanlı nanoyapının tamamında korunabilir. (d) döngüsel BiFeO3 / LaAlO3 nanoyapıdaki bu doğrusal gerinim gradyanını koruma ilkesinin şematik bir diyagramıdır.
Şekil 4: BiFeO3 nanometre ayrılma elastik enerji hesaplaması ve üniform gerinim durumu ile karşılaştırılması. (a) Aynı boyuttaki BiFeO3 nanoyapısının elastik enerjisi, üniform gerinim ve gerinim gradyanı altında kalınlığa göre değişir. Eğri 1, BiFeO3 nanoyapısının gerinim gradyanı altındaki elastik enerjisidir; eğri 2, BiFeO3 / LaAlO3 arabirim uyumsuz dislokasyon dizisinin elastik enerjisidir; eğri 3, arabirim uyumsuz dislokasyon dizisinin elastik enerjisinin ve gerinim gradyanı elastik enerjisinin toplamıdır, Yani, 3 = 1 + 2; eğri 4, BiFeO3 nanoyapılarının düzgün uyumsuz gerinim altındaki elastik performansıdır. Tekdüze gerilim altındaki elastik enerji ile karşılaştırıldığında, BiFeO3 nanoyapılarının gerinim gradyanı altındaki elastik enerjisinin 50 nm kalınlık aralığında neredeyse ihmal edilebilir olduğunu belirtmek gerekir. (b) BiFeO3 / LaAlO3 nanoyapıdaki a-düzlem bileşeninin neden olduğu şematik bir açıklama diyagramıdır. (c) ve (d), BiFeO3 nanoyapılarının gerinim enerjisinin sırasıyla filmin kalınlığı ve nötr yüzey veya uyumsuzluk geriliminin büyüklüğü ile sırasıyla gerinim gradyanı ve tekdüze gerinim altında evrimidir. BiFeO3 / LaAlO3 sistemi gibi büyük bir uyumsuzluk sisteminde, ayrılma gerinim gradyanının neden olduğu elastik enerjinin, nano ölçekli aralıktaki tek tip uyumsuzluk geriliminin neden olduğu elastik enerjiden çok daha küçük olduğu görülebilir.
