高能电子影响二氧化硅力学性能 |
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| 来源：《自然—通讯》 更新时间：2010-8-13 10:32:19 |
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近期在线出版的《自然—通讯》（Nature Communications）杂志上，发表了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为并列第一作者的论文“Electron-beam-assisted superplastic shaping of nanoscale amorphous silica”，该论文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(马恩教授是西安交通大学的兼职教授)。
最近，西安交通大学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该校的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。（来源：西安交通大学）
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