作者:Phys Thamarasee Jeewandara
（同organic）有机 热机械纳米成型机理
(一)纳米金属利用温度和机械压力将原料材料成型为纳米金属阵列
(二)在这种长度尺度上讨论的材料传输机制导致不同的长度尺度，L对d
整体扩散(方程式
1)导致L(d) ∝ const，界面扩散给出L(d)∝1d√ (Eq
对于位错滑移机制，L(d)∝dx(x∞)(等式
3)
(C) L(d)定标实验揭示了银的TMNM随温度变化的机理
高温下界面扩散占主导地位；0
4 Tm，而位错滑移在低温下发生。0
4 Tm
(D)为了比较不同系统的TMNM，我们将成形长度L归一化为L’= L/8pωtkBT√
从金、银和铜实验测定的L的绝对值表明了一种界面扩散机制
叠加线表示界面扩散(L’)2 =δDI/d和体扩散(L’)2 ~ DL/4(截面S3)的归一化模塑长度的大小
(E和F)对应于(C)中数据的银纳米线图像
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abi4567 纳米技术的进步要求针对各种可用的材料、元素和参数开发纳米制造方法
现有的方法不具备特定的特征，通用的纳米制造方法仍然难以捉摸
在科学进展发表的一份新报告中，刘乃佳和美国耶鲁大学和康涅狄格大学的机械工程和材料科学科学家团队
S
描述了热机械纳米成型的基本机理，揭示了一种高度通用的纳米加工方法
基于这些结果，他们可以调节、组合和预测开发具有材料组合和长度尺度的通用材料的能力
热机械纳米成型的机械起源及其随温度变化的转变提供了一种将多种材料结合成纳米结构的方法，并提供了纳米尺度的任何可成型材料
热机械纳米成型 研究人员必须推进纳米制造方法，开发纳米器件，以应对不断增长的纳米应用需求
因此，最理想的是促进一种制造方法，该方法可以开发一系列具有不同特征的材料，包括形状、长度和受调节的元素纳米结构
这些需求可以跨越从光学、电子、生命科学和能量收集到量子材料的不同领域
虽然研究人员已经开发了许多方法来实现这种应用，但是大多数纳米制造方法相对有限
为了产生一种多功能的纳米制造方法，该方法提供了一种调节纳米线内的尺寸、形状、化学和元素分布的方法，研究人员必须获得对制造、长度调节、元素组成及其运输的潜在机制的更深入的见解
热机械纳米成型(TMNM)是近年来在金属领域实现的一项进展，可用于探索纳米制造
在这项工作中，刘等人
确定了TMNM的尺寸和依赖温度的潜在机制，以提供各种材料和材料组合，以及各种材料的元素分布
可以通过TMNM实现的材料和长度比例
(一)在中间模塑温度下，作为模塑尺寸的函数的估算模塑长度显示了TMNM中主要模塑机理从界面扩散控制到位错滑移的转变
TMNM可以制造从由扩散控制的5纳米(银，1 ~ 8微米)到由位错控制的毫米(金，~1毫米)的大范围长度尺度
(二)金样品分级结构，由六边形微图案(1毫米，通过位错滑移)和纳米线阵列(250纳米，通过界面扩散)组成
(三)根据公式计算的成型长宽比
2对于来自金属(蓝色)、非金属(橙色)、氧化物/陶瓷(红色)和有序相(绿色)的代表性材料，包括各种功能材料，界面扩散为温度的函数
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abi4567 理解热机械纳米成型的潜在机理 为了开发纳米结构，刘等人
在纳米图案化的硬模具中，在施加的压力和升高的温度下驱动原料(原料)
他们估计了体扩散、界面扩散和位错滑移来调节这一过程，作为潜在的机制
为了确定TMNM的基本机制，科学家们分析了模塑长度与
成型条件
体扩散和界面扩散的标度基于菲克定律
他们使用定标实验来确定给定一组工艺参数下的TMNM机制，以揭示在高同源温度下扩散主导的TMNM
相比之下，在低的同源温度下，位错滑移机制主导了TMNM
实验结果表明，扩散或位错机制都可以通过两种机制的叠加得到更好的描述
控制TMNM的机制中的转变不仅只随温度发生，而且随模塑尺寸发生
利用这种方法，研究小组通过扩散开发了直径小于5纳米的超薄纳米线
然而，开发直径更小的模具具有挑战性
为了形成更小直径的线，他们使用了位错滑移主导的TMNM
通过这种方式，研究人员可以使用一步成型工艺来开发基于位错滑移主导机制和界面扩散机制的微米和纳米特征
该方法还允许在包括纯金属、非金属元素、氧化物和陶瓷在内的一系列材料上的通用性
使用多层原料的TMNM
(A和B)当使用层作为原料时，异质结构纳米线被制造
这里，我们以银/铜层为例
所制造的异质结构具有基本上纯的银和铜的不同区域
当使用银层面向模具而铜远离模具的银/铜层状结构时，异质结构纳米线中的顺序与原料(A)中的顺序相同
然而，当使用铜层面向模具而银远离模具的铜/银层状结构时，异质结构纳米线(银-铜)的顺序与原料铜/银(硼)的顺序相反
(3)银和铜的温度相关成型机制，其中显示了转变温度(Ttr)，这表明从位错滑移主导的成型机制转变为界面扩散主导的成型机制
在(A)和(B)的情况下，银中较高的界面扩散率导致比铜低的Ttr
Ttr、Ag <的成型温度；t折叠<。铜通过位错滑移形成铜纳米线，其中银原子通过界面扩散过程在铜区域的模具/纳米线界面上超越
(四)扫描透射电子显微镜表征揭示了在此过程中形成的原子级尖锐银铜界面
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abi4567 异质结构的发展 实验条件还允许该团队调节元素分布并形成一系列异质结构纳米线，对许多应用特别感兴趣，包括工作原理依赖于功能界面的纳米器件、光电探测器、场效应晶体管和发光二极管
为了展示使用TMNM的异质结构纳米线的发展，该团队结合了铜(Cu)和银(Ag)层，并考虑了这些层在原材料中的不同顺序
他们展示了扩散主导的TMNM是如何形成单晶结构的纳米线的，而通过位错滑移形成的纳米线是多晶的，或者保持“竹子”的晶粒结构
刘等
用透射电子显微镜进一步研究了铜-银异质结构和银/铜界面
结果显示银和铜之间有清晰的界面
作为控制元素分布的工具箱
使用合金或层状结构作为原料，通过TMNM可以获得的元素分布范围
通过使用具有不同材料组合的原料，并考虑它们的相对扩散率，以及控制每种成分的成型机制(成型高于或低于Ttr)，我们可以控制纳米线的化学和结构
在列出的11种情况中，使用了均质合金和层状元素原料
它们相对于模制温度的相对扩散率和相关元素的Ttr定义了纳米线内的元素分布
这可以是均质合金(I至iii)、单一元素(iv至vii)或异质结构纳米线(viii至xi)
底部一行显示了特定情况下的示例系统
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abi4567 观点 通过这种方式，刘乃佳和他的同事展示了通过使用TMNM(热机械纳米成型)工艺设计工艺和材料性能来实现多功能纳米结构来调节纳米线上元素分布的可能性
实验的一个方面包括原材料，它可以被合金化或制成层状结构
研究小组考虑了元素的相对扩散率，以确定它们在原材料中的存在
利用这种技术，刘等人
可以开发出同质的合金纳米线
他们强调了TMNM的潜在机制是如何基于温度和尺寸相关的转变的
例如，在高温和小尺寸变化的情况下，该方法依赖于材料和模具界面处的扩散
在较大尺寸和较低温度下，位错滑移机制主导了结果
所描述的热机械纳米成型技术是在纳米尺度上实现具有所需特征的纳米应用的强大范式转变
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