| نمونه‌هايي از ايجاد شکستگي در اثر تنش در نانوسيم‌ها با طول‌هاي متفاوت در شکل زير نشان داده شده است. نانوسيم‌هاي کوتاه با طول 188 نانومتر به‌صورت تدريجي مي‌شکنند درحالي که نانوسيم‌هاي بلند با طول 1503 نانومتر به‌صورت ناگهاني در اثر تنش‌هاي محلي دچار شکستگي مي‌شوند. |
بيشتر مواد هنگامي که نيرويي به نقص‌هاي ساختاري مانند شکاف‌ها و نابجايي‌هاي آنها وارد مي‌شود، مي‌شکنند. رفتار عيوب ساختاري در ساختارهاي کوچک مانند نانوسيم‌ها و ساختارهاي بزرگ مانند مواد بالک، متفاوت است. دانشمندان مطالعه دقيقي بر روي فهم رفتار مکانيکي نانوسيم‌ها در موقع ايجاد شکستگي انجام داده‌اند. اين پژوهش با استفاده از شبيه‌سازي به‌وسيله‌ي Zhaoxuan Wu و همکاران در مؤسسه A*STAR سنگاپور و با همکاري ايالات متحده آمريکا انجام شده است.
در اين پژوهش، نانوسيم‌هاي فلزي با ساختار کريستالي FCC که داراي دو مد شکستگي هستند، مورد بررسي قرار گرفته‌اند. آزمايش‌هايي که به‌وسيله‌ي گروه تحقيقاتي ديگري انجام شده است، نشان مي‌دهد که اين نانوسيم‌ها در اثر ايجاد شکافي که به‌صورت نرم و پيوسته در ساختار ايجاد مي‌شود، مي‌شکنند درحالي که ساير بررسي‌ها حکايت ازشکستگي ناگهاني در اين ساختارها دارد.
Wu و همکارانش در مسير پژوهش خود مجمو عه‌اي از خصوصيات نانوسيم‌ها را که بتوانند شبيه‌سازي خود را بر مبناي آن انجام دهند، مورد استفاده قرار داند. آنها از نرم افزار ديناميک مولکولي (MD) براي پيش‌بيني رفتار نانوسيم‌هاي استوانه‌اي از جنس مس با قطر 20 نانومتر و طولي بين 188 تا 1503 نانومتر استفاده کردند. در اين شبيه‌سازي شکافي 5/0 نانومتري بر سطح نانوسيم ايجاد شد و سپس تنش کششي در راستاي محور نانوسيم‌ها اعمال شد.
اين شبيه‌سازي پيش‌بيني کردکه نانوسيم‌هاي بلند به‌طور ناگهاني شکسته مي‌شوند در حالي که نانوسيم‌هاي کوتاه با طولي کمتر از 1500 نانومتر به آرامي و با تغيير شکل تدريجي مي‌شکنند. به‌عبارت ديگر بنا به گفته Wu "آرام و موقر" مي‌شکنند. در شبيه‌سازي‌هاي گذشته در مورد رفتار نانوسيم‌ها به‌دليل کوتاه فرض کردن طول نانوسيم ها، اين دو رژيم رفتاري را پيش‌بيني نشده بود. تفاوت در رفتار نانوسيم‌ها با طول متفاوت بدين دليل است که در ميزان کرنش معلوم، نانوسيم‌هاي بلند مقدار بيشتر از انرژي الاستيک را ذخيره مي‌کنند و بنابراين زودتر مي‌شکنند.
اين پيش‌بيني سبب شد تا Wu و همکاران رابطه ساده‌اي براي تعيين طولي که رژيم رفتار نانوسيم‌ها تغيير مي‌کند، ارائه دهند. هم اين رابطه و هم ساير نتايج اين شبيه‌سازي با نتايج آزمايش گاهي تطابق دارد. نتايج اين تحقيق منجر به حل يک مسئله علمي و پايه‌گذاري يک مبناي مهندسي براي طراحي مکانيکي سيستم‌ها در مقياس نانو شد.
اطلاعات بيشتر در اين خصوص با عنوان Nanowire failure: long = brittle and short = ductile در مجله Nano Letters به چاپ رسيده است.
|
محققان راز شکستنن نانوسيم‌ها را کشف کردند
پاسخ با نقل قول
