技术为材料如何应对压力提供了新的见解

研究人员已经展示了一些技术，可以提供前所未有的详细信息来了解材料在受到一系列应力(包括剪切应力)时的行为。这项工作可用于为从新电子设备到高性能纺织品的一切事物的发展提供信息。

“无论你是在开发电子设备还是纺织品应用，了解你所使用的材料将如何应对各种压力都很重要，”两篇论文的通讯作者、材料科学与工程助理教授BharatGwalani说。在北卡罗来纳州立大学。“简而言之，你需要知道材料在使用时的表现。

“我们已经展示了一种原位技术，可以让我们看到材料在被划伤、压痕或受到剪切应力时如何在纳米尺度上做出反应，”Gwalani说。

剪切应力是指在平行于材料表面的方向上施加的应力，例如当一个物体被拖过另一个物体的表面时。

“我们还能够监测高应变、周期性剪切应力期间材料结构和机械性能的变化，这意味着剪切应力被反复施加，”Gwalanai说。“当表面相互摩擦时，我们通常会看到周期性剪切应力。对于所有这些应力模式，我们都在进行特定地点的评估——这意味着我们可以看到紧邻应力所在区域的情况近乎实时地应用。”

提高我们对材料在压力下的机械特性的理解很重要，因为它可以准确地告诉设计师材料在这些压力下的表现。简单来说，测量“应力-应变”曲线可以告诉我们材料拉伸了多少，材料是变硬了还是变软了，等等。

“因为这些技术是在原地完成的——这意味着它们可以在不从散装材料中取出样本的情况下进行;而且因为我们可以非常详细地看到正在发生的事情;因为所有这些都是近乎实时发生的;我们还可以了解应力如何影响材料的微观结构，”Gwalani说。“例如，我们可以识别‘首选滑移面’，或者当材料因应力变形时材料中的原子相互滑动的区域。”

“这里有两个重大进步，”Gwalani说。“首先，这是第一次有人展示了将这种级别的细节收集到对剪切应力的机械响应中的能力。其次，我们现在能够准确地看到材料的微观结构是如何响应这些形式的应力的。”

以前，研究人员可以看到材料在施加这些类型的应力前后的微观结构。这项新工作意味着研究人员现在能够看到这些材料在整个变形过程中的微观结构发生了什么。

“这项工作在航空航天、汽车和陶瓷工程领域有明显的应用，”Gwalani说。“我们认为这些技术在推动储能、纺织品、半导体和地球化学方面的工作也具有巨大潜力。我们很乐意听取这些领域中任何有兴趣合作的人的意见。”

研究人员目前正在努力提高这些测试技术的基本能力，以便它们可用于在极高或极低的温度下收集类似的信息。

一篇关于压痕和循环剪切应力研究的期刊文章“Cu-Nb多层薄膜中压痕和循环剪切的应变调节模式”发表在《表面和界面》杂志上。该论文由太平洋西北国家实验室(PNNL)的MayurPole、ZexiLu、TanviAnilAjantiwalay、MatthewOlszta、ShaliniTripathi、AnqiYu、HardeepMehta、TianhaoWang、XiaolongMa和ArunDevaraj合着。

一篇专注于剪切应力的期刊文章“使用微机械测试对纯铜和铜/铌纳米层压板的剪切变形”发表在ScriptaMaterialia上。该论文由PNNL的TanviAjantiwalay、XiaolongMa、AnqiYu、MayurPole、JoshuaSilverstein和ArunDevaraj合着;以及科罗拉多矿业学院的SuveenMathaudhu。

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