Ограничение движения атомов объяснило аномальную жёсткость тонких плёнок

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Исследователи обнаружили фундаментальный закон, объясняющий парадоксальное усиление механических свойств материалов при уменьшении их толщины до нанометровых размеров. Открытие опубликовано в журнале PNAS и касается явления, которое долгое время оставалось загадкой для научного сообщества.

На протяжении последнего десятилетия экспериментальные исследования и компьютерное моделирование фиксировали странный эффект: когда материалы достигают толщины всего несколько нанометров или составляют всего несколько атомных слоев, они демонстрируют значительное повышение устойчивости к механическим нагрузкам. Это поведение регистрировалось в графене, оксиде графена и тонких полимерных пленках, несмотря на их кардинально различные химические составы и структуру.

Алессио Закконе и его команда применили концепцию неаффинной упругости для объяснения этого явления. Согласно их анализу, в реальных материалах атомы и молекулы совершают коллективные движения, которые помогают ослабить внутренние напряжения при деформации. Однако в ультратонких образцах геометрические ограничения препятствуют длинноволновым режимам деформации, лишая материал обычных путей релаксации напряжения. Это ограничение приводит к повышению жесткости структуры.

Автор: Alessio Zaccone Источник: phys.org

Исследование выявило математическую зависимость этого эффекта. Увеличение жесткости материала обратно пропорционально кубу его толщины. На практике это означает, что уменьшение толщины в два раза усиливает эффект ограничения подвижности примерно в восемь раз.

Значимость открытия заключается в его универсальности. Один и тот же закон масштабирования применим к материалам с совершенно различными структурами, что указывает на наличие глубокого физического принципа, независимого от конкретного химического состава.

Результаты исследования имеют практическое значение для разработки новых материалов в наноэлектронике, гибкой электронике, защитных покрытиях и наноустройствах. Понимание механизмов, управляющих поведением материалов на наномасштабе, позволит создавать структуры, сочетающие легкость с высокой прочностью.

Источник: Phys.org

Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

В Солнечной системе может быть еще одна звезда: где она прячется и почему ее не видят телескопы

В 1982 году американские палеонтологи Дэвид Рауп и Джек Сепкоски опубликовали в научном журнале Science масштабное исследование. Они собрали самую полную на тот момент базу данных о вымираниях...

Вселенная гораздо старше, а темной материи и энергии не существует: новая теория выдержала проверку рождением первых элементов

Любая космологическая теория, которая претендует на описание устройства Вселенной, обязана пройти проверку первичным нуклеосинтезом. Так в астрофизике называют процесс образования первых атомных...

Денежная шахта: почему более двухсот лет не удаётся достать спрятанный клад на острове Оук

Небольшой остров Оук расположен в заливе Махон у побережья Новой Шотландии в Канаде. С конца XVIII века он стал местом одной из самых продолжительных и затратных попыток найти спрятанный клад....

Почему Крымскую АЭС забросили, хотя она была готова почти на 90%

В декабре 1982 года строители Крымской АЭС торжественно залили первые кубометры бетона в основание реакторного отделения. На бетоновозе закрепили плакат с обещанием построить первый энергоблок в...

Страна Пунт: египтяне плавали туда за редкостями, а мы спорим, где она находилась

Мы знаем, что египтяне привозили из Пунта. Знаем имя одного из его правителей и даже можем посмотреть, как художники изобразили его жену. Сохранились изображения кораблей, грузов и домов на опорах....

Как песчаный остров Сейбл погубил сотни кораблей

У Сейбла судно могло сесть на мель ещё до того, как команда замечала берег. Подводные песчаные косы уходят далеко за оконечности острова, а низкую сушу часто скрывает туман. За несколько столетий...