Nanokrystallisering

Nanokrystallisering är processen där kristallina domäner med nanometerstorlek bildas inom ett material. Dessa nanokrystaller kan uppkomma när en amorf eller dåligt ordnad fas omvandlas till kristallin struktur eller när bearbetning minskar kornstorleken till nanoskalan. Nanokrystallisering förekommer i metaller, keramer, polymerer och kompositer och uppnås genom olika bearbetnings- eller syntessteg, till exempel snabb härdning, devitrifikation av amorfa legeringar, svår plastisk deformation, elektrodeposition, ångdeposition och kemisk syntes.

Mekanismerna bakom nanokrystallisering varierar med material, men vanliga vägar inkluderar devitrifikation av amorfa material genom kontrollerad uppvärmning som bildar nanokristaller; svår plastisk deformation (SPD) och andra högenergibehandlingar som bryter ner kornstorleken; samt depositionstekniker och kemisk syntes som producerar nanokrystallina skikt eller partiklar.

Egenskaper och tillämpningar: Nanokrystallisera material har ofta högre styrka och hårdhet tack vare ökad andel korngränser. Duktilitet, korrosionsmotstånd och diffusionsegenskaper kan också förändras beroende på kornstorleken. Användningsområden inkluderar höghållfasta legeringar, skärverktyg, slitstarka ytor, tunna filmer i elektronik och optik samt katalys och energilagring. En utmaning är kornväxt vid högre temperaturer och att uppnå jämn kornstorlek till låga kostnader.

Analysmetoder för nanokrystallisering omfattar röntgendiffraktion (XRD) för uppskattning av kornstorlek och faser, TEM och SEM för bild av nanokrystallina korn, samt differential scanning calorimrey (DSC) för att studera kristallisationsförlopp. Andra tekniker som AFM används också för detaljerad karaktärisering.