科學(xué)家們一直以來(lái)都假設(shè)晶體需要無(wú)缺陷才能承受其理論極限的力。超過了這個(gè)力，晶體就會(huì)出現(xiàn)斷層，從而出現(xiàn)塑性形變。
??但是現(xiàn)在一個(gè)來(lái)自普渡大學(xué)能源系的勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和Hysitron公司的研究小組發(fā)現(xiàn)情況并不是這樣。研究人員使用美國(guó)電子顯微國(guó)家中心（NCEM）的JEOL 3010原位透射電子顯微鏡，對(duì)納米材料進(jìn)行高分辨的負(fù)載-位移測(cè)量，觀察納米體積的鋁在一個(gè)鉆石“納米硬度計(jì)”的壓力下產(chǎn)生的形變。
??這項(xiàng)研究的帶頭人，伯克利實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部門的Andrew Minor 說(shuō)：“盡管人們都假設(shè)要達(dá)到理論極限的力，材料結(jié)晶必須完美，但是我們的結(jié)果證明這并不總是對(duì)的。真正的情況是很復(fù)雜的。我們發(fā)現(xiàn)許多缺陷在初始生長(zhǎng)點(diǎn)積累。更令人驚奇的是，即使材料具有很高的缺陷密度，它還是能夠承受接近理論極限的剪切力。”
??以往科學(xué)家們都是通過間接證據(jù)來(lái)研究納米材料硬度測(cè)量的。人們只能在納米硬度實(shí)驗(yàn)后，根據(jù)測(cè)得的力再對(duì)結(jié)果進(jìn)行推測(cè)，這種事后的研究有其固有的局限性。
??現(xiàn)在這個(gè)研究組設(shè)計(jì)的獨(dú)特設(shè)備，可以顯示整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。使用這臺(tái)設(shè)備，科學(xué)家們第一次能夠用兩種方式清楚地觀察納米硬度測(cè)量過程中的塑性形變的出現(xiàn)，并且能夠同時(shí)顯示機(jī)械參數(shù)和拍攝形變過程的錄像。
??Hysitron公司設(shè)計(jì)制造了電感力學(xué)傳感器，NCEM利用原位顯微鏡的樣品臺(tái)設(shè)計(jì)了樣品固定器，把二者整合起來(lái)，實(shí)驗(yàn)小組建立起來(lái)這個(gè)原位定量納米硬度計(jì)。人類首次可以直接同時(shí)得到納米尺度形變的機(jī)械數(shù)據(jù)和錄像。
??Minor說(shuō)：“以前多數(shù)研究工作有力-位移曲線而沒有錄像。在曲線上，一個(gè)很大的峰代表‘pop-in’事件，即通常認(rèn)為的塑性形變的開始。而在錄像中，一般認(rèn)為缺陷和位移的出現(xiàn)代表了‘pop-in’事件。我們發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)事件并不一定一致。事實(shí)上在許多納米硬度測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，實(shí)際的‘pop-in’事件前常常有些微弱信號(hào)，但是這些信號(hào)一般都被認(rèn)為是噪聲而未被重視。”
??使用這個(gè)新設(shè)備進(jìn)行納米硬度測(cè)量實(shí)時(shí)，先用一個(gè)鉆石探頭接近鋁單晶顆粒。探頭對(duì)晶體加力后，所加的力和探頭的位移被記錄下來(lái)。同時(shí)對(duì)應(yīng)的晶體變化也被錄像記錄下來(lái)。
??在力-位移曲線中，有兩個(gè)小的瞬變過程對(duì)應(yīng)于錄像中斷層的突然出現(xiàn)。第一個(gè)是本來(lái)純凈的晶體突然出現(xiàn)了缺陷。第二個(gè)是缺陷突然轉(zhuǎn)移。這些變化代表斷層斷裂、滑行到其他段、相互作用然后達(dá)到新平衡的過程。
??值得注意的是，盡管出現(xiàn)了斷層，晶體仍舊能夠承受接近理論極限的剪切力。Pop-in仍沒有出現(xiàn)。而當(dāng)出現(xiàn)時(shí)，曲線和錄像上都有相應(yīng)的反應(yīng)。
??這項(xiàng)研究的成果對(duì)傳統(tǒng)的晶體初始變形理論是個(gè)挑戰(zhàn)。而且這項(xiàng)研究中，人們第一次能夠?qū)椥阅Ａ俊⒘Φ然緟⒘窟M(jìn)行直接研究，打開了納米機(jī)械學(xué)研究的新領(lǐng)域。
??但是現(xiàn)在一個(gè)來(lái)自普渡大學(xué)能源系的勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和Hysitron公司的研究小組發(fā)現(xiàn)情況并不是這樣。研究人員使用美國(guó)電子顯微國(guó)家中心（NCEM）的JEOL 3010原位透射電子顯微鏡，對(duì)納米材料進(jìn)行高分辨的負(fù)載-位移測(cè)量，觀察納米體積的鋁在一個(gè)鉆石“納米硬度計(jì)”的壓力下產(chǎn)生的形變。
??這項(xiàng)研究的帶頭人，伯克利實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部門的Andrew Minor 說(shuō)：“盡管人們都假設(shè)要達(dá)到理論極限的力，材料結(jié)晶必須完美，但是我們的結(jié)果證明這并不總是對(duì)的。真正的情況是很復(fù)雜的。我們發(fā)現(xiàn)許多缺陷在初始生長(zhǎng)點(diǎn)積累。更令人驚奇的是，即使材料具有很高的缺陷密度，它還是能夠承受接近理論極限的剪切力。”
??以往科學(xué)家們都是通過間接證據(jù)來(lái)研究納米材料硬度測(cè)量的。人們只能在納米硬度實(shí)驗(yàn)后，根據(jù)測(cè)得的力再對(duì)結(jié)果進(jìn)行推測(cè)，這種事后的研究有其固有的局限性。
??現(xiàn)在這個(gè)研究組設(shè)計(jì)的獨(dú)特設(shè)備，可以顯示整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。使用這臺(tái)設(shè)備，科學(xué)家們第一次能夠用兩種方式清楚地觀察納米硬度測(cè)量過程中的塑性形變的出現(xiàn)，并且能夠同時(shí)顯示機(jī)械參數(shù)和拍攝形變過程的錄像。
??Hysitron公司設(shè)計(jì)制造了電感力學(xué)傳感器，NCEM利用原位顯微鏡的樣品臺(tái)設(shè)計(jì)了樣品固定器，把二者整合起來(lái)，實(shí)驗(yàn)小組建立起來(lái)這個(gè)原位定量納米硬度計(jì)。人類首次可以直接同時(shí)得到納米尺度形變的機(jī)械數(shù)據(jù)和錄像。
??Minor說(shuō)：“以前多數(shù)研究工作有力-位移曲線而沒有錄像。在曲線上，一個(gè)很大的峰代表‘pop-in’事件，即通常認(rèn)為的塑性形變的開始。而在錄像中，一般認(rèn)為缺陷和位移的出現(xiàn)代表了‘pop-in’事件。我們發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)事件并不一定一致。事實(shí)上在許多納米硬度測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，實(shí)際的‘pop-in’事件前常常有些微弱信號(hào)，但是這些信號(hào)一般都被認(rèn)為是噪聲而未被重視。”
??使用這個(gè)新設(shè)備進(jìn)行納米硬度測(cè)量實(shí)時(shí)，先用一個(gè)鉆石探頭接近鋁單晶顆粒。探頭對(duì)晶體加力后，所加的力和探頭的位移被記錄下來(lái)。同時(shí)對(duì)應(yīng)的晶體變化也被錄像記錄下來(lái)。
??在力-位移曲線中，有兩個(gè)小的瞬變過程對(duì)應(yīng)于錄像中斷層的突然出現(xiàn)。第一個(gè)是本來(lái)純凈的晶體突然出現(xiàn)了缺陷。第二個(gè)是缺陷突然轉(zhuǎn)移。這些變化代表斷層斷裂、滑行到其他段、相互作用然后達(dá)到新平衡的過程。
??值得注意的是，盡管出現(xiàn)了斷層，晶體仍舊能夠承受接近理論極限的剪切力。Pop-in仍沒有出現(xiàn)。而當(dāng)出現(xiàn)時(shí)，曲線和錄像上都有相應(yīng)的反應(yīng)。
??這項(xiàng)研究的成果對(duì)傳統(tǒng)的晶體初始變形理論是個(gè)挑戰(zhàn)。而且這項(xiàng)研究中，人們第一次能夠?qū)椥阅Ａ俊⒘Φ然緟⒘窟M(jìn)行直接研究，打開了納米機(jī)械學(xué)研究的新領(lǐng)域。
