Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1 -
(а) СТМ изображения нанопроволок,
(b) ПЭМ изображение нанопроволоки GaAs,
(с) дифракционное изображение отдельной области массива НП вдоль оси <110>,
(d) ПЭМ изображение нанопроволоки высокого разрешения, видно кристаллическую структуру внутренней части НП и аморфную - внешней (сформировалась в результате взаимодействия НП с воздухом). Диаметр полученных НП варьировался от единиц до сотен нанометров, длина не превышала 300 нм. (IOP Science)

Рисунок 2 - Направление движения индентера показано белой стрелкой. Двойными стрелками показано изменение расстояния между индентером и подложкой с НП. С уменьшением расстояния время, необходимое для самовосстановления, увеличивалось. (IOP Science)

Рисунок 3 - Схема ВОДД (Электроника: НТБ)

Рисунок 4 - Иллюстрация принципа работы ВОДД (Электроника: НТБ)

Рисунок 5 - Запись сердцевины световода УФ излучением (Электроника: НТБ)

Рисунок 6 - Схема экспериментальной установки (IOP Science)

Многоликое самовосстановление

Ключевые слова:  датчик напряжений, нанопроволока, самовосстанавливающиеся материалы

Опубликовал(а):  Клюев Павел Геннадиевич

26 августа 2011

"Нанометр" уже писал о самовосстанавливающихся материалах в статье "Подлежит самовосстановлению" в декабре прошлого года. Способность материала "затягивать раны", как будто в фантастическом фильме, поражает даже самое смелое воображение. Известно, что процесс самовосстановления материалов может начаться как при участии некоторого внешнего инициирующего фактора (например, света, повышенной температуры, это так называемое неавтономное самовосстановление), так и совершенно автономно. Кроме того, восстановление может происходить за счет собственных сил материала (с внешним инициатором или без него) или за счет специального восстанавливающего компонента. В данной статье мы рассмотрим два примера, в которых восстановление происходит:

- за счет собственных сил материала (автономно) и не требует никакого восстановительного компонента;

- при наличии внешнего воздействия (в нашем примере - излучения лазера), при этом присутствует восстанавливающий компонент.

Обратимся к первому примеру, когда восстановление происходит совершенно автономно и за счет собственных сил материала. В своей статье Self-Healing of Fractured GaAs Nanowires в Nano Letters ученые из Австралии и Китая предполагают, что нанопроволоки (НП) GaAs проявляют самовосстанавливающие свойства. В этом эксперименте нанопроволоки GaAs вырастили эпитаксиально на подложке из GaAs (111) с использованием наночастиц золота в качестве затравки, а триметилгаллия Ga(CH3)3 и гидрида мышьяка AsH3 - в качестве прекурсора (см., например, статью Нанометра "Синергетический рост нанопроводов"). В направлении осей нанопроволок прикладывалась сила, которая "разламывала" НП практически пополам (см. видео, сайт http://pubs.acs.org): индентер деформирует нанопроволоку диаметром 12 нм и на 6-й секунде на нанопроволоке появляется трещина (см.рис.2b), не доходящая до края. Она затягивается за 16 секунд после снятия напряжения (разгрузке образца), что показано на рис.2с.

Ученые сделали предположение, что существует несколько факторов, способствующих самовосстановлению нанопроволок GaAs. Во-первых, аморфный (внешний окисленный) слой НП GaAs обладает достаточно высоким модулем упругости, его относительная деформация (сжатия) достигает 11%, поэтому, как считают авторы статьи, высвобождение энергии, полученной аморфным слоем при деформации, способствует воссозданию изначальной формы нанопроволоки после снятия воздействия. Кроме того, система стремится к минимуму энергии (минимуму энергии поверхности, минимуму площади поверхности). Авторы статьи считают, что это требование выполняется благодаря электростатическому притяжению двух частей нанопроволоки и ориентирующему действию поля кристаллической решетки нанопроволоки. При этом части нанопроволоки сближаются и на заключительном этапе воссоединения (когда поверхности соприкасаются друг с другом) происходит взаимная диффузия атомов, их перераспределение и формирование структуры, которая по своим характеристикам ничем не отличается от неповрежденной. Почему ученые говорят именно о восстановлении, а не о простом механическом контакте? По словам авторов статьи, в месте соединения не наблюдалось контраста, эта часть нанопроволоки ничем не отличалась от других. Кроме того, один и тот же образец с нанопроволокой подвергли деформации несколько раз, и при этом разрушение нанопроволоки происходило в других ее частях (возможно в тех, где образовались мЕньшие трещины от предыдущего сжатия), а не только на месте первого повреждения. Об изменении электрических свойств самовосстановившейся НП в данной работе не сообщается (по-видимому, авторами такие исследования не проводились).

Рассмотрим другой пример, когда восстановление происходит за счет внешнего инициатора и требуется восстанавливающий компонент. Группа американских ученых исследовала возможности самовосстановления датчиков деформации (тензосенсоров) на основе оптоволокна (подробно об этом можно узнать в журнале Smart Materials and Structures, IOP Publishing). Волоконно-оптический датчик деформации (тензосенсор) применяется для измерения деформации различных конструкций. Принцип действия ВОДД основан на зависимости коэффициента отражения лазерного излучения, распространяющегося по волоконно-оптическому тракту, жестко связанному с контролируемым объектом, от степени деформации объекта (статью "Волоконно-оптический датчик деформации" можно прочитать в журнале Электроника:НТБ). При изменении расстояния между зеркалом и торцом световода регистрируемая фотоприемником мощность излучения лазера (ИК, 1550 нм) изменяется.

В эксперименте ученых тензосенсор представляет собой отрезок световода из полимера (Прим. перев.: Какого именно, в статье точно не сообщается и оболочка световода не указывается), сердцевина с бОльшим показателем преломления в котором сформированна ультрафиолетовым излучением лазера (рис.5). При повреждении полимеризованного слоя трещина заполняется полимером (смолой) и при попадании на него УФ излучения затвердевает. К сожалению, конечное время полимеризации трещин может привести к погрешности в измерении величины деформации.

По материалам IOP Science и Nano Letters.





Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Клетки пекарских дрожжей, покрытые полиэлектролитами и золотыми наночастицами
Клетки пекарских дрожжей, покрытые полиэлектролитами и золотыми наночастицами

4 февраля объявили лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке»
4 февраля в здании Минобрнауки РФ состоялась торжественное награждение лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке». 11 научно-просветительских проектов были отмечены престижной наградой.

Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии
5 февраля в Московском университете в Шуваловском корпусе МГУ состоится Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии, посвященный Международному году Периодической таблицы химических элементов, начало - 10 часов.

II Всероссийский химический диктант пройдет 18 мая 2019 года
В 2019 году периодическому закону Дмитрия Менделеева исполнится 150 лет! В честь великого открытия этот год объявлен Международным годом Периодической таблицы химических элементов. Одним из наиболее ярких событий, приуроченных к этому году, станет II Всероссийский химический диктант, который пройдет 18 мая и который в этом году выходит на международный уровень. Мероприятие было анонсировано в рамках церемонии открытия Международного года Периодической таблицы химических элементов 29 января 2019 года в Париже, в штаб-квартире ЮНЕСКО.

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Почувствовать живое...
Е.А.Гудилин, А.А.Семенова, Н.А.Браже
Неразрушающее исследование живых клеток и клеточных структур является в настоящее время важным направлением научных изысканий, которые во многих зарубежных и российских научных группах направлены на достижение вполне прагматической цели – разработку новых принципов биомедицинской диагностики и эффективных подходов в нарождающейся персональной медицине.

Российская газета: Перевернуть пирамиду. Президент РАН: как повысить наши шансы на Нобеля
Юрий Медведев
Почему Россия по числу Нобелей отстает от ведущих стран мира, уступая, например, даже маленькой Швейцарии? Замалчиваются ли достижения отечественных ученых? Почему без привлечения в науку российского бизнеса мы не сможем успешно конкурировать в борьбе за престижную научную премию? Об этом корреспондент "РГ" беседует с президентом РАН Александром Сергеевым, который побывал в Стокгольме на вручении Нобелевских премий и поделился своими впечатлениями.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.