Dr. Kasra Momeni, universitair docent werktuigbouwkunde en directeur van het Advanced Hierarchical Materials by Design Lab aan de Louisiana Tech University, heeft een nieuw mechanisme ontdekt om nanomaterialen te versterken en hun eigenschappen aan te passen om superieure structuren te bouwen.

Momeni, in samenwerking met onderzoekers van de Wright State University en de University of Göttingen in Duitsland, hebben een nieuw pad onthuld voor het construeren van nanomaterialen en het afstemmen van hun kenmerken. Deze extra dimensie toegevoegd aan het materiaalontwerp opent nieuwe deuren om superieure materialen te bouwen door hun atomaire structuur te ontwerpen. De voorgestelde aanpak kan ook worden gebruikt om de chemie van het materiaal aan te passen, wat van belang is voor het ontwerpen van nieuwe katalytische materialen die de chemische processen versterken.

"Stapelfouten in nanomaterialen veranderen de spanningsverdeling drastisch, aangezien de lange-afstandsspanningsvelden interageren met de grenzen in deze materialen, " zei Momeni. "De complexe aard van de spanningen gevormd in nanodraden, als gevolg van superpositie van de spanningsvelden van oppervlakterelaxatie en reconstructie, evenals de stapelfoutspanningsvelden, verandert het faalmechanisme van de nanodraden."

Atomistische simulaties geven aan dat de aanwezigheid van stapelfouten resulteert in een inhomogene spanningsverdeling binnen de nanodraden als gevolg van de verandering in het teken van spanningsvelden aan de twee zijden van stapelfouten (dwz drukspanning aan de ene kant en trekspanning aan de andere kant) . Dit inhomogene spanningsveld resulteert in een niet-symmetrische mechanische respons van de nanodraden onder trek- en drukbelastingen. De defecte nanodraden met een diameter kleiner dan 1,8 nm en een enkele stapelfout, verrassend genoeg, hebben een hogere vloeigrens in vergelijking met hun tegenhangers met perfecte structuren.

"Dit verrassende gedrag is te wijten aan de interactie tussen de spanningsvelden van stapelfouten met het spanningsveld van ontspannen en gereconstrueerde oppervlakken in dunne nanodraden, Momeni zei. "We verwachten vergelijkbare resultaten in andere 1D nanomaterialen met stapelfouten, waar inhomogene spanningen ontstaan. Het ontwikkelde atomistische model maakt de weg vrij om het effect van verschillende stapelfoutverdelingen en technische defecten te bestuderen om materiaaleigenschappen aan te passen."

"Dr. Momeni arriveerde afgelopen augustus bij Louisiana Tech en heeft een vliegende start gemaakt, " zei Dr. David Hall, directeur civiele techniek, bouwtechniek en werktuigbouwkunde bij Louisiana Tech. "Zijn ontdekking van een methode om materialen te versterken door de interactie van materiaalkenmerken op atomair niveau is een belangrijke en fundamentele bijdrage in de computationele mechanica.

"Dr. Momeni bevindt zich op het snijvlak van een nieuw onderzoeksgebied dat supercomputing gebruikt om nieuwe materialen te begrijpen en te ontwerpen, en we zijn verheugd hem op onze faculteit te hebben."

Momeni heeft onderzoek laten publiceren in prestigieuze tijdschriften zoals: Nano-letters , Nano-energie , en Wetenschappelijke rapporten , en heeft veel aandacht gekregen.