Nanomechanics: a new approach for studying the mechanical properties of materials

• Autores: J. Fraxedas, Fernando Sanz Sánchez , S. García Montañés, P. Gorostiza
• Localización: Contributions to Science, ISSN-e 1575-6343, Vol. 2, Nº. 2, 2002, págs. 173-181
• Idioma: inglés
• Enlaces
  • Texto completo
• Resumen
  • català

    Mitjançant l'espectroscòpia de forces atòmiques s'ha estudiat la resposta nanomecànica a la nanoindentació de la superfície més estable d'un material trencadís FCC, com és ara el MgO (100). L'expulsió del material en forma de capes demostra que la fallida trencadissa implica, de fet, l'inici de la deformació plàstica o estrès crític, i que la deformació plàstica posterior consisteix en una sèrie d¿esdeveniments discrets. Es pot determinar amb precisió el mòdul de Young, E, a partir de la regió de deformació elàstica mitjançant una mecànica senzilla, atesa l'absència de dislocacions induïdes per la nanoindentació. Amb aquesta finalitat s'ha desenvolupat un nou model fisicomatemàtic, que té en compte les interaccions laterals. El valor de l'estrès crític de fricció també s'ha calculat i comentat. Com a conseqüència d'aquesta expulsió en capes, també s'ha estudiat la resposta nanomecànica de superfícies de capes primes (gruix & 1 µm) de molècules orgàniques altament orientades, ja que es tracta de materials en capes amb interaccions de tipus Van der Waals. També en aquests materials la superfície es deforma plàsticament i presenta discontinuïtats discretes en les corbes d'indentació, associades ara a les capes moleculars expulsades per l'indentador. En el cas del metall quasiunidimensional tetratiofulvalè tetracianoquinodimetà (TTFTCNQ), el valor del mòdul de Young, E & 20 GPa, coincideix amb l'obtingut per altres mètodes. En el cas de la fase ! del radical p-nitrofenil nitronil nitròxid (p-NPNN) no es disposa d'informació per a monocristalls, i el valor obtingut per a les capes primes és de E & 2 GPa.

  • English

    Atomic force spectroscopy was used to study the nanomechanical response to nanoindentations on the most stable face (100) of FCC brittle materials such as MgO and alkali halides. The layered expulsion of material demonstrates that brittle failure results from the critical stress brought on by plastic deformation and that plastic deformation consists of a series of discrete events. Due to the absence of indentation- induced dislocations, Young¿s modulus E can be correctly estimated from the elastic deformation region using simple mechanics. A new model is developed taking into account lateral interactions. Critical shear stress is also evaluated and discussed. As a result of the layered expulsion we also studied the nanomechanical response of surfaces of highly-oriented molecular organic thin films (ca. 1 µm thickness) because these are Van der Waals layered materials. The surfaces were again found to deform plastically and there were discrete discontinuities in the indentation curves, representing the molecular layers being expelled by the penetrating tip. Here, the Hertz model is quite good at revealing the role of lateral interactions in the indentation process. For the quasi-one-dimensional metal tetrathiafulvalene tetracyanoquinodimethane (TTF-TCNQ) the value of Young¿s modulus, E & 20 GPa, coincides with that obtained by other bulk methods. For the !-phase of the p-nitrophenyl nitronyl nitroxide (p-NPNN) radical, no information is available for single crystals and the estimated value obtained for the film is E & 2 GPa.