Исследователи из Университета Миннесоты впервые провели измерения прочности кремниевых наносфер. Результаты эксперимента показали что они сравнимы по прочности с сапфиром и алмазом, самыми твердыми материалами, известными в природе.
Будучи в четыре раза прочнее обычного кремния, наносферы, тем самым, доказывают, что при переходе на наноуровень вещества приобретают новые механические свойства. Учёные уже обдумывают возможность создания таким путем сверхпрочных материалов. К тому же, эксперимент позволил отработать технологию работы с наночастицами.
Чобы провести эксперимент по измерению прочности, учёным сначала пришлось выработать методику получения бездефектных наносфер. Для этого было решено осаждать испарения тетрахлорида кремния
(SiCl4) на поверхности сапфирового кристалла. Учёные получили частицы, включающие от 5 до 600 миллионов атомов. Затем прочность частиц измерялась путём сдавливания их между зондом с алмазным покрытием и поверхностью сапфира.
Чем меньше был диаметр наносферы, тем большую она демонстрировала прочность. Наносферы с диаметрами от 100 до 40 нм выдерживали давление от 20 до 50 гигапаскалей (ГПа) соответственно. Для сравнения, нержавеющая сталь выдерживает 1 ГПа, сапфир - около 40 ГПа, алмаз - почти 90 ГПа. Показатель обычного кремния - 12 ГПа. Для следующих экспериментов учёные планируют использовать две алмазные поверхности для сдавливания, так как кремниевая наносфера способна разрушить сапфир.
Одним из первых применений наносфер
могут стать микромеханизмы
MEMS. Для создания, например, микрошестерёнки, надо будет укрепить форму на кремниевой подложке и наполнить её смесью, включающей наносферы из карбида
(SiC) или нитрида кремния
(Si3N4). Затем лишний кремний необходимо удалить - и шестерёнка готова.
Автор: Баир Гармаев Источник: National Science Foundation
