大連理工大學 近日,機械工程學院教授張振宇帶領博士生崔俊峰和劉鼕鼕設計並完成了矽的損傷層的透射電鏡原位奈米壓痕試驗,發現了損傷層中的應力誘導新的相變路徑,發表於國際頂級期刊Nanoscale並被選為當期的封面文章。 封面的設計理念由張振宇教授提出,他形象生動地闡述了四面體「葫蘆」(Si-I)在力的作用下,變成了八面體的「葫蘆娃」(Si-VI),並最終降服「蛇妖」的過程。 不僅契合科研成果,同時讓更多世界各地的科學家見識了中國文化。 「期刊出版商代表也十分喜歡這個理念,投稿僅用了4個小時就被確定接受。 」 張振宇教授說。 矽是最重要的半導體材料,廣泛應用於航空航天、半導體、微電子、光電子、國防、能源、動力等高效能裝備中。 高效能裝備的使役效能由高效能零件的效能決定。 高效能零件一般要求亞奈米級粗糙度、奈米級形位精度和表面/亞表面無損傷,而這種苛刻的要求已經達到目前物理加工的極限,所以研究奈米尺度應力誘導損傷起源及演變的動態過程對於研發新的超精密加工工藝與裝備具有重要的理論及現實意義。 張振宇教授課題組研發了刃口半徑為66 nm的立方形金剛石刀具,加工了厚度為80 nm的楔形矽,用研發的金剛石刀具在加工的楔形矽上進行了透射電鏡原位動態奈米壓痕試驗,發現了矽的損傷層在應力誘導下出現了納米孿晶、滑移帶和交叉的層錯,填補了磨粒加工和透射電鏡原位奈米力學之間的偏差。 透過透射電鏡原位原子尺度測試和表徵,發現了矽的損傷層中的Si-I到Si-VI的轉變,這是一種新的損傷層應力誘導相變轉化路徑,以前沒有被報導過。 用第一性原理模擬揭示了Si-I到Si-VI的相變轉化路徑。 在壓縮和旋轉的應力作用下,Si-I完成了到Si-VI的轉變,每個原子的平均勢能增加了1.21 eV,平均作用力是2.444 nN。 在闡述模型時,他表示四面體到八面體是在損傷層中透過應力實現的,四面體需要四個點,為了更突出四面體,用5個寶葫蘆來體現四面體。 他進一步解釋說:「變成八面體需要受力,妖精用寶劍砍,這就有了這個力。 」四面體變成八面體經過了鉅變,而葫蘆變成葫蘆娃也是經過了一種演變,五個葫蘆對應五個葫蘆娃,「實際上4個葫蘆娃即可形成八面體,所以第五個葫蘆娃站在了頭頂上,用留下的寶葫蘆降服了妖怪,體現了變形後的神奇力量。 實際的工作也是這樣,受力後變成了Si-VI八面體,這樣更能抵禦力了。 」 該研究為電子工業中製造高效能器件及奈米結構提供了新的思路,得到國家自然科學基金委優秀青年基金、創新研究群體專案、教育部青年長江學者、遼寧省創新人才、大連市傑青和遼寧重大裝備製造協同創新中心(國家級)等的聯合資助。 新聞來源:大連理工大學黨委宣傳部、新聞中心 機械工程學院 文字作者:姚璐 張振宇 編輯:白書彬 校對:戴佳成 《大連理工大學發現矽的損傷層中的新的相變路徑》完,請繼續朗讀精采文章。 喜歡 科學報 cn-n.net,請記得按讚、收藏及分享。
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大連理工大學發現矽的損傷層中的新的相變路徑
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