Well-ordered Nanonetwork Invar from Templated Electrochemical Deposition as Mechanical Metamaterials,small 21,2502361(2025)
利用模板化電化學沉積法製備高有序奈米網狀不變鋼合金機械超穎材料
An-Sheng Lin, Suhail K. Siddique, Yi-Ting Xie, Chang-Chun Lee, Hassan Sadek*, and Rong-Ming Ho*
2025/08/19
本研究提出一項全新的自下而上製程策略，利用自組裝之嵌段共聚物 (block copolymer) 所形成之模板，經選擇性蝕刻後，進行模板化電化學沉積，成功製備出高有序奈米網狀不變鋼(Invar, Fe64Ni36)薄膜，展現優異的機械超穎材料特性。研究中採用脈衝電流電化學沉積法，可實現對模板通道的完整填充，最終得到骨架尺寸僅約 20 奈米的鑽石結構 Invar，尺度遠小於傳統自上而下製程的極限。奈米壓痕的量測結果顯示，該結構的有效彈性模數超越 Gibson-Ashby 縮放定律的上限，歸因於精心設計的奈米網狀結構效應。此外，微壓測試亦證明，鑽石結構 Invar 在受力時展現寬廣的塑性平台區域，有別於塊材 Invar 常見的脆性斷裂行為。其單位體積的比強度與能量吸收能力均明顯優於鎳微晶格，呼應「結構越小、材料越強韌 (smaller is stronger and tougher)」的現象。本研究展現了在保有不變鋼固有低熱膨脹特性的前提下，實現輕量化與奈米拓樸結構設計的可行性，為金屬微/奈米晶格材料提供較傳統自上而下製程更具突破性的發展方向，並為精密機械、航太與防護應用開啟新契機。
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