나노기술 및 정책 정보

• 목록

중국 저장(浙江) 대학교 재료과학 및 공정 대학 장저(張澤) 원사(院士), 왕장워이(王江偉) 교수 연구팀은 저장 대학교 "교차(交叉) 역학(力學) 센터" 양워이(楊衛) 원사(院士), 저우하오페이(周昊飛) 교수 연구팀과 공동 연구를 수행하고, 일종 결정계에 대한 조성 제어를 통해 금속 나노 구조를 제어 가능하게 순환 변형시킬 수 있는 아이디어를 제시한 동시에 면심(面心) 규브(face centered cube, FCC) 금속 나노 구조를 사례로 하고, 선진적인 원 위치 전자 현미경 나노 역학 측정 테스트와 분자 동력학 시뮬레이션을 결합하여 금속 나노 구조가 순환을 잘라내는 과정에서 작은 각도의 결정계 분해와 결정계 위치 오류 협동 운동을 통해 가역 소성 변형이라는 독특한 행위를 실현할 수 있다는 점을 입증하였음.

연구팀이 제시한 메커니즘은 다른 경사 회전각도, 결정체 길이와 지름 비례, 가속 탑재 속도, 가속 탑재 모델(예를 들면 잘라 내고 인장 압력을 추가하는 등) 조건 하에서 결함의 불균형 코어 형성과 비(非) 보수적인 운동을 효과적으로 억제하여 나노 구조의 순환 안정성을 유지하는 것으로 나타났음.

피 블록 체 금속 소재 피로 성능의 인터페이스에 대한 조성 제어에서 아이디어를 얻은 연구팀은 원 위치 나노 기술을 이용하여 결정계에 나노 구조 소재를 도입하여 <110> 경사 회전 소각도 결정계를 함유한 Au 나노 이중 결정체를 개발하고 순환 추가 탑재 측정 테스트를 실행하였음.

13.5° [1-10] 작은 각도 결정계를 사례로 하면, 순환 하중 역할 하에서 위치 오류로 구성된 작은 각도 결정계 위치 오류의 보수적인 미끄러운 이동이 여러 차례의 왕복 이동을 형성하고 나노 이중 결정체의 기하 구조는 안정을 유지하는 것으로 나타났는데 정량(定量) 통계 결과, 결정계 이동-잘라내는 위치 이동 곡선이 순환 추가 탑재를 몇 회 실행한 결과 모두 일치한 것으로 나타났으며, 이런 과정을 통해 작은 각도 결정계가 주도하는 순환 변형의 안정성은 한층 더 입증된 상황임.

대량의 실험 및 시뮬레이션 결과, 위치 오류 형태 결정계의 분해 및 가역성 이전 행위는 일반적으로 다양한 FCC 금속 나노 구조 속에 보편적으로 존재하지만 결정계 경사 회전각도(θ)가 증가됨에 따라 결정계 분해 폭은 점차 감소되고 결정계 에너지가 증가되어 결정계 이동 속도가 낮아지고 잘라내는 커플링 팩터(factor)가 증가되는 것으로 나타났음.

연구팀이 통계 결과에 근거하여 분석한 결과, 8°-24°의 이상적인 경사 회전각도 구간을 확정하였는데 동 구간 내에서 다른 FCC 금속 나노 이중 결정 중의 위치 오류 형태의 결정계는 모두 안정적이고 제어 가능한 왕복 이동을 실현하고 나노 이중 결정은 양호한 순환 변형 능력을 보유하고 있는 것으로 나타났으며, 비(非) 대칭 작은 각도 결정계가 순환 추가 탑재 과정에서 받는 정(正) 방향/반(反) 방향 전단 응력(Shear stress)에 대해 정량(定量) 분석을 실행한 결과, 결정계의 조성 제어가 순환 변형 과정에서 중요한 역할을 발휘한다는 점이 입증된 상황임.

연구팀은 실험 관찰과 이론 분석을 통해 일종 "보텀업(bottom-up)" 나노 소재 디자인을 수행하는 새로운 아이디어를 제시하였으며, 결정계 위치 오류를 기본 유닛으로 사용하여 안정적으로 왕복하는 이전 능력의 결정계를 디자인 하였으며, FCC 금속 나노 구조 순환 변형 능력에 대한 조성 제어를 통해 마이크로 나노 구조 소재의 구조 디자인 및 손상에 대한 제어를 위해 중요한 근거를 제공하였음.

연구팀은 이번 연구를 통해 인터페이스 구조 디자인이 마이크로 나노 구조 소재 성능을 조정 제어하는 과정에서 중요한 역할을 발휘한다는 점을 입증하였으며, 연구팀이 취득한 혁신성과는 NEMS 칩, 플렉시블 디바이스, 진동 감소/에너지 소모 부품 등 고성능 디바이스 개발 및 극단 환경 속에서의 응용을 추진하는 면에서 중요한 의미를 보유하고 있음.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ ("Metallic nanocrystals with low angle grain boundary for controllable plastic reversibility") 지에 게재됨.