科研动态|我院科研人员发现非晶硅纳米线的可调控滞弹性
2020-01-14 11:37:45

西安交通大学材料学院微纳尺度材料行为研究中心单智伟教授团队最新研究发现非晶硅纳米线在室温下具有反常的选择性及可调控的滞弹性行为。近日,纳米材料顶级期刊《Nano Letters》(影响因子12.279)刊登了这一研究成果。

滞弹性是指材料在外力去除后变形不会立即恢复而需要经过足够长时间才能逐渐复原的现象,由于该过程会产生能量耗散,因此滞弹性材料的阻尼性能都较好,可用于减振、降噪等。然而,宏观块体材料的滞弹性一般都比较小,尤其是在室温条件下。当材料特征尺寸缩减到纳米尺度,以纳米线为例,滞弹性会有非常显著地提升。现阶段,纳米线滞弹性的相关研究主要是针对晶体材料,非晶纳米线的滞弹性还鲜有报道,这主要是因为其合成与结构表征上的困难。

单智伟教授团队以非晶硅纳米线为研究对象,利用先进的原位力学测试与电子显微学表征手段对其滞弹性行为进行了系统研究,首次发现并报道了一维纳米材料具有选择性及可调节性的滞弹性行为:非晶硅纳米线滞弹性变形与自身形貌及加载方向有着密切关系:直纳米线表现出纯弹性变形,即外力去除后变形会立即恢复;而弯的纳米线则可以表现出较为显著的滞弹性行为,但前提是外力必须沿着原有的弯曲方向加载。借助离子束辐照还能让直的非晶硅纳米线变弯曲以重新获得滞弹性,并且通过改变辐照剂量可调节滞弹性的大小。基于上述反常现象及电子能量损失谱测试分析结果,研究人员提出了一种不同于晶体材料和块体非晶材料的滞弹性形变新机制,即不均匀应力场诱发的价键交换机制。

选择非晶硅纳米线为研究对象是因为非晶硅作为最重要的非晶半导体材料之一,在光伏电池、柔性电子器件、微机电系统等领域有着广泛的应用。此外,非晶硅由于元素单一、结构简单,常被用作研究非晶固体结构和性能的重要模型材料。新发现的非晶硅纳米线这种可通过改变形貌、加载方向及离子辐照剂量来调节的独特滞弹性行为使其有望成为一种先进的纳米阻尼材料,在半导体和电子工业上发挥重要作用。同时该工作也为其他非晶纳米材料滞弹性的研究及机理解释提供了借鉴。 

非晶硅纳米线滞弹性行为的机理解释

 

西安交通大学青年教师王悦存博士为论文的第一作者,西安交通大学单智伟教授、哥廷根大学田琳博士为该论文的通讯作者。参与此工作的还有加州大学伯克利分校Andrew Minor教授,香港城市大学的Shuigang Xu博士及西安交通大学研究生梁倍铭。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等共同资助。全文链接

 

编辑:yxh0503
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