"Er vinden tijdens dit proces al deze thermische en kinetische processen gelijktijdig plaats, en ze leiden tot een zeer, zeer rommelige microstructuur", zegt ze. "Je ziet defecten zoals poriën en onregelmatigheden in de atomaire structuur, die doorgaans worden beschouwd als defecten die de sterkte verslechteren. Als je iets uit staal zou bouwen, bijvoorbeeld een motorblok, zou je dit soort microstructuur niet willen zien. omdat het het materiaal aanzienlijk zou verzwakken."

Greer zegt echter dat ze precies het tegenovergestelde hebben gevonden. De vele defecten die een metalen onderdeel op grotere schaal zouden verzwakken, versterken in plaats daarvan de onderdelen op nanoschaal.

Als een pilaar geen gebreken vertoont, treedt er catastrofaal falen op langs de zogenaamde korrelgrens:de plaats waar de microscopisch kleine kristallen waaruit het materiaal bestaat, tegen elkaar botsen.

Maar als het materiaal vol gebreken zit, kan een defect zich niet gemakkelijk van de ene korrelgrens naar de andere voortplanten. Dat betekent dat het materiaal niet plotseling zal bezwijken, omdat de vervorming gelijkmatiger door het materiaal wordt verdeeld.

"Gewoonlijk plant de vervormingsdrager in metalen nanopilaren (dat wil zeggen een dislocatie of slip) zich voort totdat deze aan het buitenoppervlak kan ontsnappen", zegt Wenxin Zhang, hoofdauteur van het werk en een afgestudeerde student werktuigbouwkunde. "Maar in de aanwezigheid van inwendige poriën zal de voortplanting snel eindigen aan het oppervlak van een porie in plaats van helemaal door de hele pilaar te gaan. Als vuistregel is het moeilijker om een ​​vervormingsdrager te kiemen dan om hem te laten voortplanten. uitleggen waarom de huidige pijlers sterker kunnen zijn dan hun tegenhangers."

Greer gelooft dat dit een van de eerste demonstraties is van het 3D-printen van metaalstructuren op nanoschaal. Ze merkt op dat het proces kan worden gebruikt voor het maken van veel nuttige componenten, zoals katalysatoren voor waterstof; opslagelektroden voor koolstofvrije ammoniak en andere chemicaliën; en essentiële onderdelen van apparaten zoals sensoren, microrobots en warmtewisselaars.

"We waren aanvankelijk ongerust", zegt ze. "We dachten:'Oh my, deze microstructuur zal nooit tot iets goeds leiden', maar blijkbaar hadden we geen reden om ons zorgen te maken, want het blijkt niet eens een nadeel te zijn. Het is eigenlijk een kenmerk."

Meer informatie: Wenxin Zhang et al., Onderdrukt grootte-effect in nanopilaren met hiërarchische microstructuren mogelijk gemaakt door additieve productie op nanoschaal, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02309

Journaalinformatie: Nanobrieven

Aangeboden door California Institute of Technology