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[NATURE]Electron-beam-assisted superplastic shaping of nanos
author:admin   time:2010-09-21

    作为结构和功能材料的重要成员, 微纳尺度玻璃态氧化物以薄膜、纤维、柱体、粒子和悬臂梁等几何形态广泛地应用于现代电子和光学器件以及微纳电子机械系统。因为合成和组装方面的困难,由这些玻璃态氧化物所制备的器件很可能与预期的尺寸和构型发生偏差。因此,人们可能希望通过局部的塑性变形对这些器件进行修复和改造。但是,由于这些玻璃态氧化物的键合方式为共价键和离子键并且具有很高的玻璃态转变温度,所以在室温附近通常很脆,不具备任何塑性变形能力。玻璃态的SiO2就是这类材料的典型代表,其玻璃态转变温度高达1100摄氏度。因此,室温下几乎不可能通过机械加工的方法来对其进行整形。高温变形的方法同样也不可取, 因为高温加热将不可避免的破坏邻近的部件。

    最近,我校金属材料强度国家重点实验室微纳尺度材料行为研究中心的研究人员利用设在我校的Hysitron 中国应用研究中心的实验平台,研究了高能电子对亚微米尺度玻璃态SiO2球体力学行为的影响。试验中令人惊讶地发现即使是低强度的电子辐照也可以急剧的地提高玻璃态SiO2球体在室温附近的塑性变形能力;而且,无电子辐照时玻璃态SiO2球的流变应力远大于有电子辐照时的流变应力,差别达4倍之多。这是人们首次定量的研究高能电子对材料力学性能的影响。与此同时,北京工业大学张泽院士、韩晓东教授课题组的原位透射电镜拉伸试验表明,高能电子辐照下玻璃态SiO2纳米线可呈现超塑性,均匀延伸率可超过200%。为了揭示电子束促进塑性变形的微观机制,美国约翰霍普金斯大学马恩教授课题组采用分子动力学方法对SiO2纳米线的变形过程进行模拟。分析表明,高能电子可使玻璃态SiO2产生很多结构缺陷和价键缺陷,如悬空键等。这些缺陷将会促进不同Si-O键之间的原子互换,从而使得塑性的载体,即原子团簇的转动和迁移成为可能;同时,纳米材料超小的体积使得玻璃态SiO2的流变应力大到足以满足原子键互换和团簇迁移所需的应力;相应的理论计算进一步确认了在上述试验过程中电子束引起的温度升高很小。这些研究成果的重要意义在于它将会对该类材料在微纳尺度上的加工和集成产生重要的指导意义,从而为脆性材料,如氧化物玻璃的应用开辟出崭新的途径。同时也拓宽了电子束这一常规材料表征工具在材料加工方面的应用。

   上述成果发表于2010年6月1日在线出版的《自然—通讯》杂志上(Nature Communications, 10.1038/ncomms1021)。北京工业大学博士生郑昆,西安交通大学微纳尺度材料行为研究中心博士生汪承材和美国约翰霍普金斯大学博士生Y.Q.Cheng为本文的并列第一作者;通讯作者为北京工业大学张泽院士,西安交通大学单智伟教授和美国约翰霍普金斯大学马恩教授(马恩教授同时也是西安交通大学的兼职教授)。                     http://www.nature.com/ncomms/journal/v1/n3/abs/ncomms1021.html

 

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             《自然》新子刊《自然—通讯》发布创刊号
                                              为《自然》杂志第17本子刊;发表论文覆盖多种学科
 
     自1992年《自然—遗传学》发行以来,《自然》旗下的期刊已增至16种,其中包括去年刚成立的子刊《自然—化学》。最近,自然出版集团又发行了第17本子刊《自然—通讯》(Nature Communications)。
 

  《自然》就此发表社论说,《自然》旗下以往的所有子刊都各自聚焦于特定的学科或研究领域,其目标是有针对性地发表最具原创性和科学影响力的研究工作。现在看来,《自然》系列子刊的高影响因子证明这一目标已经实现。


   与以往的子刊相比,新子刊《自然—通讯》有所不同,其覆盖多种学科。《自然—通讯》的目的不在于与已有的《自然》系列期刊竞争,而在于发布严谨而颇具综合性并代表某一领域重大进展的研究论文。除此以外,还欢迎来自目前没有被《自然》旗下某一期刊聚焦的领域的论文,如发育生物学、植物学、微生物学、生态演化学、古生物学、天文学、高能物理学等。
 

  与《自然》系列其他子刊一样,《自然—通讯》有单独的编委,而且,它还是《自然》旗下第一本以混合模式发行的期刊——通过订阅或向作者收费以使论文可被即时开放获取。此外,《自然—通讯》还是第一本完全在线的《自然》系列期刊,没有印刷版本。(科学网 谢文兵/编译)

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