اللدونة الفائقة الشبيهة بالسوائل لطبقة الألومينا في درجة حرارة الغرفة ( فيديو ). تظهر الصور المتسلسلة تحت مجهر إلكتروني الإرسال (af) عملية الشد الفائق والشفاء الذاتي لأكسيد تحت التوتر في وسط بضغط جزئي للأكسجين من 2 × 10 −6 Torr. يمتد الأكسيد بين علامتين مثلثيتين أبيضتين. يوضح السهم الأخضر في الصورة الأولى اتجاه التمدد. في الصورة (g) - المنطقة المفلترة والمكبّرة المشار إليها بالمستطيل البرتقالي في الصورة (b). تظهر الصورة الأخيرة (ح) طول الأكاسيد التي تقع بين علامتي المثلث من الصورة (أ).معظم المعادن ، باستثناء الذهب ، تتأكسد في الهواء في وجود الماء. أشكال الصدأ على سطح الحديد ، تشويه على سطح الفضة ، الزنجار الأخضر على سطح النحاس أو النحاس الأصفر ، إلخ. بمرور الوقت ، يمكن لهذه العمليات الكيميائية الطبيعية أن تضعف المعدن ، مما يؤدي إلى الشقوق أو التلف الهيكلي.
لكن العديد من أكاسيد محددة معروفة ، بما في ذلك أكسيد الكروم وأكسيد السيليكون والألومينا. هذه المواد في الواقع لا تدمر ، بل
تحمي معادنها / شبه المعادن. تتكون طبقة رقيقة من الأكاسيد على سطح المادة (الكروم ، السليكون والألمنيوم) ، ولا مزيد من الأكسدة.
لطالما اشتبه العلماء في أن لفيل أكسيد رقيقة خصائص فريدة. لم يكونوا مخطئين.
هذه خاصية فريدة ومثيرة للاهتمام حقًا لهذه الأكاسيد ، وكانت محل اهتمام العلماء منذ فترة طويلة. بعد كل شيء ، إذا فهمنا كيف وبأي مبادئ يحدث تكوين مثل هذه الأفلام ، فيمكن استخدامها بشكل أكثر فعالية كطلاء واقي ، وفقًا لبيان
صحفي من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. يمكن أن يوفر فيلم Al
2 O
3 ضيقًا مطلقًا ولا يغيب عن جزيء واحد.
لكن في هذه الحالة ، لم يحدد العلماء المهمة لتطوير بعض المواد المفيدة ، لكنهم أرادوا ببساطة أن يروا بأعينهم الخصائص الفريدة التي تظهرها هذه الأكاسيد. لأول مرة في العالم ، تم تسجيل مقطع فيديو لسلوك فيلم Al
2 O
3 على سطح من الألمنيوم.
للتصوير ، قمنا بتعديل مجهر إلكتروني الإرسال القياسي (TEM) لأخذ السطح في وجود غازات وسوائل تعسفية ، وركزنا على أطراف أنحف إبر الألمنيوم ، الملحومة باللحام البارد ، أي الضغط مع التشوه البلاستيكي للأسطح المراد ربطها. بعد اللحام ، تم وضع الإبر في بيئة أكسجين عدوانية - وبدأت في التمدد إلى الجانبين. وبالتالي ، تعرضت المادة لكل من التوتر والأكسدة - وهذا ما يسمى "تآكل الإجهاد" ، وفي مثل هذه الظروف ، من المثير للاهتمام بشكل خاص النظر إلى تكوين الكراك.
رسم توضيحي لتشوه الألومينا الشد في بيئة عدوانيةكما اتضح ، فإن الألومينا تتشوه في الواقع مثل السائل ، وتظهر مرونة فائقة. يمتد طلاء الأكسيد مع امتداد المعدن نفسه. بمتوسط معدل الشد ، لا يشكل الأكسيد أي شقوق. يتم تسجيل الفيديو أدناه بمعدل أعلى من تآكل الإجهاد عندما يظهر أكسيد خصائص "الشفاء الذاتي" ، وملء الضرر.
تقوم طبقة أكسيد رقيقة بفصل الأكسجين (على اليمين) عن حبيبات الألومنيوم (على اليسار). مع تمدد المادة ، تطول طبقة الأكسيد"على عكس العملية التقليدية لنمو الأغشية الرقيقة أو دمج الزجاجات النانوية ، فإننا نلاحظ اندماجًا سلسًا لجزر أكسيد جديدة دون تكوين أي مفاصل زجاجية زجاجية أو أخاديد سطحية ، مما يشير إلى حركية متسارعة بشكل كبير للزجاج على السطح مقارنة بالباقي ،" يقول العلماء.
تعرض الألومينا هذه الخصائص الفريدة حتى في درجة حرارة الغرفة إذا كان الفيلم رقيقًا بما فيه الكفاية (2-3 نانومتر). الفيلم قادر على التمدد أكثر من مرتين. من الناحية الفنية ، هذه المادة زجاجية ، ولكنها توضح خصائص السائل.
تم
نشر المقالة العلمية في 28 فبراير 2018 في مجلة
Nano Letters (doi: 10.1021 / acs.nanolett.8b00068 ،
pdf ).