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

Красный плюс на светофоре: что означает этот сигнал и как правильно действовать водителю

На сложных перекрёстках в ряде стран можно встретить светофор с дополнительной секцией, в которой горит красный символ в виде плюса. Этот сигнал вызывает вопросы даже у опытных водителей, привыкших...

Почему нельзя ждать, пока гейзерная кофеварка зашипит, и зачем макать ее в холодную воду: как сварить дома густой кофе без горечи

Характерное бурление и шипение, которые раздаются из гейзерной кофеварки в конце ее работы, большинство людей воспринимают как сигнал о том, что кофе готов. Однако замеры температуры и давления...

Инструкция по сборке Вселенной: почему для симуляции одного человека хватит энергии настольной лампы

В чилийской пустыне Атакама, на высоте двух с половиной тысяч метров, работают телескопы Паранальской обсерватории. Свет далеких галактик, который улавливают здешние зеркала, летит сквозь космос...

Что, если мы уже поймали сигналы инопланетян, но приняли их за пульсары? Вычислить их поможет алгоритм общения светлячков

Программы поиска внеземных цивилизаций (SETI) с момента своего появления в середине XX века опирались на представления о технологиях, которыми в тот момент обладало само человечество....

Почему компьютерные колонки трещали за секунду до звонка мобильного телефона

Телефон лежит на столе возле компьютера. В колонках неожиданно раздаётся знакомое «ты-ды-дыы, ты-ды-дыы». Через мгновение загорается экран и начинает играть мелодия вызова. Можно заранее потянуться...

Почему домашний йогурт готовится проще, чем кажется на самом деле

Если вы думаете, что приготовление домашнего йогурта — это сложно, дорого и требует каких-то особых кулинарных навыков, то спешу вас разубедить. На самом деле все гораздо проще. Вам не...