«Мы использовали просвечивающую электронную микроскопию высокого разрешения (HRTEM) для одновременного облучения магния и получения изображений материала в атомном масштабе», — говорит Вейцзонг Сюй, доктор философии.D. студент NC State и ведущий автор статьи с описанием работы. «Это новый способ использования существующей технологии, который позволил нам увидеть, как в материале образуются и расширяются пустоты.
«До этого мы знали, что радиация может вызвать пустоты, ослабляющие материал, но мы не знали, как эти пустоты образуются», — говорит Сюй.
Пустоты — это физические зазоры в материалах, которые начинаются на атомном уровне и могут вызвать разбухание или растрескивание материала.
Исследователи рассматривали магний по двум причинам.
Во-первых, атомы магния образуют плотно упакованные слои гексагональной структуры.
«Это важно, потому что многие радиационно-стойкие материалы имеют одинаковую структуру, в том числе цирконий, который широко используется в исследованиях радиационно-стойких материалов, таких как те, которые используются на атомных электростанциях», — говорит д-р. Сувин Матхаудху, соавтор статьи и адъюнкт-профессор материаловедения и инженерии в NC State при U.S. Программа исследований персонала Управления армейских исследований.
Вторая причина, по которой они выбрали магний, заключается в том, что для образования пустот в магнии требуется меньше энергии, чем в других материалах с аналогичной структурой, таких как цирконий. Этот более низкий энергетический порог — это то, что позволило исследователям использовать HRTEM для запуска образования пустот и захвата изображений процесса в атомном масштабе с помощью того же микроскопа.
«Вы не могли бы использовать эту технику, например, для циркония», — говорит Матаудху. "Но то, что мы узнаем об образовании пустот, дает нам представление о том, как радиация повреждает такие материалы.
«В дополнение к любым энергетическим приложениям, нам необходимо разработать новые радиационно-стойкие материалы, если мы хотим исследовать глубокий космос», — говорит Матхаудху. "Это может приблизить нас на шаг ближе к этой цели."
«Если мы сможем улучшить наше понимание механизмов образования пустот, мы сможем начать разработку материалов для решения этой проблемы», — говорит д-р. Юньтян Чжу, профессор материаловедения и инженерии в NC State и старший автор статьи.
Статья «Наблюдение in-situ образования пустот, вызванного облучением в атомном масштабе», была опубликована в Интернете в августе. 5 в Nature Communications. Соавтором статьи является Dr.
Гуанмин Ченг, бывший научный сотрудник в штате Северная Каролина; Доктор. Вэйвэй Цзянь, научный сотрудник NC State; Доктор.
Карл Кох, заслуженный профессор кафедры материаловедения и инженерии Кобе Стил штата Северная Каролина; Доктор. Юнфэн Чжан из Национальной лаборатории Айдахо; и доктор.
Пол С. Миллет из Университета Арканзаса. Работа поддержана U.S.
Управление армейских исследований и Национальная лаборатория Айдахо.