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高能电子影响二氧化硅力学性能

  高能电子影响二氧化硅的机械性能

  北京科技大学博士研究生郑坤博士最近在线发表“自然通讯”。西安交通大学微纳材料行为研究中心人才选聘,约翰霍普金斯大学博士研究生郑先生是本文的第一作者,“电子束辅助超塑性纳米无定形二氧化硅成型”北京工业大学张泽,西安交通大学单志伟教授,约翰霍普金斯大学教授(马恩教授是西安交通大学兼职教授)合着,最近,西安交通大学金属材料强度国家重点实验室微纳米材料行为研究中心的研究人员利用位于大学的Hysitron中国应用研究中心的实验平台,研究亚微米级玻璃态SiO2球对高能电子对效应的影响。令人惊讶的是,即使是低强度的电子辐照,也可以在室温附近急剧增加玻璃状SiO2球体的塑性变形能力。此外,玻璃态二氧化硅球体的流动应力远远大于电子辐射下的电子波动应力,高达四倍。这是人们第一次定量研究高能电子对材料力学性能的影响。同时,北京工业大学张泽教授和韩晓东教授组原位透射电子显微镜拉伸试验表明,高能电子辐照下玻璃状SiO2纳米线的超塑性可超过200% 。为了揭示电子束诱发塑性变形的微观机制,美国约翰霍普金斯大学Marne教授的项目组采用分子动力学方法模拟了SiO2纳米线的形变过程。分析表明,高能电子会导致玻璃态SiO2中的许多结构缺陷和化合价缺陷,如悬挂键。这些缺陷将促进不同Si-O键之间的原子交换,使得塑性载体,即原子簇的旋转和迁移成为可能。同时,纳米材料的超小体积使得玻璃态二氧化硅的流动应力足以满足原子键交换和团簇迁移所需的应力;相应的理论计算进一步证实了上述实验中电子束引起的温升较小。这些研究结果的意义在于,这种材料在微纳米尺度上的加工和整合具有重要的指导意义,为氧化物玻璃等脆性材料的应用开辟了新的途径。 (来源:西安交通大学)

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