Nanokristalline Legierungen

Nanokristalle für Ferroelektrizität
Ferrostrom
Das Phänomen der Ferroelektrizität wurde 1921 mit Rochelle-Salz entdeckt. Bariumtitanat (BaTiO3) ist ein ferroelektrisches Material, das zur Herstellung von Ferroelektrizität verwendet wird. Es gibt mehr als 250 Materialien, die ferroelektrische Eigenschaften aufweisen, darunter:Bleititanat, Bleizirkonattitanat und Bleilanthanzirkonattitanat. Ferroelektrische Materialien haben wie ihre ferromagnetischen Gegenstücke ein permanentes Dipolmoment. In Ferroelektrika ist das Dipolmoment jedoch elektrisch und nicht magnetisch und kann daher mithilfe elektrischer Felder statt magnetischer ausgerichtet werden, um die Speicherung elektrisch digitaler Informationen in ferroelektrischen Dünnschichten zu ermöglichen.
Anwendungen ferroelektrischer Materialien
Ferroelektrische Materialien werden bei der Herstellung von Kondensatoren, nichtflüchtigen Speichern, Piezoelektrika für die Ultraschallbildgebung und Aktoren, elektrooptischen Materialien für Datenspeicheranwendungen, Thermistoren, Schaltern, die als Transcharger oder Transpolarisatoren bekannt sind, Oszillatoren und Filtern, Lichtdeflektoren, Modulatoren verwendet und Displays.
Nanostrukturierte Metalle
Nanostrukturierte Metalle weisen aufgrund ihrer extrem feinen Strukturlängenskala interessante und nützliche Eigenschaften auf. Leider hat sich die Kontrolle der Korngröße im nanokristallinen Bereich als schwierig erwiesen, da diese Materialien einen klassischen Zustand weit vom Gleichgewicht darstellen und einen großen Volumenanteil an hochenergetischen Grenzflächen enthalten. Das Legieren bietet die Möglichkeit, den mit der Nanostrukturbildung verbundenen Energieaufwand zu reduzieren.
GeTe ist ein halbleitendes Ferroelektrikum und BaTiO3 ist ein typisches Oxid-Ferroelektrikum. Forscher des Lawrence Berkeley National Laboratory und der University of California in Berkeley haben Karten von ferroelektrischen Verzerrungen in Germaniumtellurid und Bariumtitanoxid untersucht, um nichtflüchtige Speichergeräte der nächsten Generation herzustellen, die Terabit Daten pro Quadratzoll speichern würden.
Die Forscher analysierten die ferroelektrische Ordnung in einzelnen Nanokristallen von GeTe und BaTiO3, indem sie die strukturellen Verzerrungen im Zusammenhang mit Ferroelektrizität direkt abbilden.
Nichtflüchtige Speicher aus diesen ferroelektrischen Nanokristallen könnten Datenspeicherdichten aufweisen und als piezoelektrische Aktoren im Nanomaßstab verwendet werden. Wandler in zukünftigen nanoelektromechanischen Systemen (NEMS) Geräten.
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass lokale atomare Verschiebungen weitgehend linear in einer einzigen Domäne geordnet bleiben, was zu einer elektrischen Nettopolarisation führt, was bedeutet, dass nützliche ferroelektrische Eigenschaften, einschließlich Polarisationsumschaltung und Piezoelektrizität, kann bis auf die Dimensionen beibehalten werden ionen von wenigen Nanometern
Nanokristalline Legierungen für Hitzestabilität
Forscher des Massachusetts Institute of Technology haben eine neue nanokristalline Legierung auf Wolframbasis hergestellt, die über 1000 °C stabil ist. Nanokristalline Metalle sind viel stärker als ihre massiven Gegenstücke, aber instabil, da die Körner der Nanokristalle bei hohen Temperaturen wachsen und miteinander verschmelzen können, wenn das Metall erweicht.
Forscher haben eine Legierung auf der Basis von Wolfram und Titan geschaffen, die etwa 20 Atom-% Titan mit Körnern von 20 nm Größe enthält. Es war lange bei Glühtemperaturen von 1100 °C stabil und behielt seine außergewöhnliche Festigkeit.
Es kann in Anwendungen verwendet werden, bei denen eine hohe Schlagzähigkeit erforderlich ist, wie z nanostrukturierte Materialien mit gleich guter oder sogar besserer Festigkeit und Stabilität und zusätzlichen wünschenswerten Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit.