Published August 10, 2023 | Version v1
Publication Open

Bamboo-like dual-phase nanostructured copper composite strengthened by amorphous boron framework

Creators

  • 1. Jilin University
  • 2. Peking University
  • 3. University of Nevada, Las Vegas

Description

Abstract Grain boundary engineering is a versatile tool for strengthening materials by tuning the composition and bonding structure at the interface of neighboring crystallites, and this method holds special significance for materials composed of small nanograins where the ultimate strength is dominated by grain boundary instead of dislocation motion. Here, we report a large strengthening of a nanocolumnar copper film that comprises columnar nanograins embedded in a bamboo-like boron framework synthesized by magnetron sputtering co-deposition, reaching the high nanoindentation hardness of 10.8 GPa among copper alloys. The boron framework surrounding copper nanograins stabilizes and strengthens the nanocolumnar copper film under indentation, benefiting from the high strength of the amorphous boron framework and the constrained deformation of copper nanocolumns confined by the boron grain boundary. These findings open a new avenue for strengthening metals via construction of dual-phase nanocomposites comprising metal nanograins embedded in a strong and confining light-element grain boundary framework.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعد هندسة حدود الحبوب المجردة أداة متعددة الاستخدامات لتقوية المواد من خلال ضبط التركيب وهيكل الترابط في واجهة البلورات المجاورة، وتحمل هذه الطريقة أهمية خاصة للمواد المكونة من حبيبات نانوية صغيرة حيث تهيمن حدود الحبوب على القوة النهائية بدلاً من حركة الخلع. هنا، نبلغ عن تقوية كبيرة لفيلم نحاسي نانوي يشتمل على حبيبات نانوية عمودية مدمجة في إطار من البورون يشبه الخيزران تم تصنيعه بواسطة الترسيب المشترك للأخرق المغنطروني، ليصل إلى صلابة نانوية عالية تبلغ 10.8 جيجا باسكال بين سبائك النحاس. يعمل إطار البورون المحيط بالحبيبات النانوية النحاسية على تثبيت وتقوية طبقة النحاس النانوية تحت المسافة البادئة، مستفيدًا من القوة العالية لإطار البورون غير المتبلور والتشوه المقيد للأعمدة النانوية النحاسية المحصورة بحدود حبيبات البورون. تفتح هذه النتائج طريقًا جديدًا لتقوية المعادن من خلال بناء مركبات نانوية ثنائية الطور تشتمل على حبيبات نانوية معدنية مدمجة في إطار حدود حبيبات خفيف قوي ومقيد.

Translated Description (French)

L'ingénierie des joints de grains est un outil polyvalent pour renforcer les matériaux en ajustant la composition et la structure de liaison à l'interface des cristallites voisines, et cette méthode revêt une importance particulière pour les matériaux composés de petits nanograins où la résistance ultime est dominée par les joints de grains au lieu du mouvement de dislocation. Ici, nous rapportons un grand renforcement d'un film de cuivre nanocolonnaire qui comprend des nanograins colonnaires intégrés dans une structure de bore de type bambou synthétisée par co-déposition par pulvérisation magnétron, atteignant la dureté de nanoindentation élevée de 10,8 GPa parmi les alliages de cuivre. La charpente de bore entourant les nanograins de cuivre stabilise et renforce le film de cuivre nanocolonnaire sous indentation, bénéficiant de la résistance élevée de la charpente de bore amorphe et de la déformation contrainte des nanocolonnes de cuivre confinées par la limite de grain de bore. Ces résultats ouvrent une nouvelle voie pour le renforcement des métaux via la construction de nanocomposites biphasés comprenant des nanograins métalliques intégrés dans un cadre de limite de grain d'élément léger fort et confinant.

Translated Description (Spanish)

Resumen La ingeniería de límites de grano es una herramienta versátil para fortalecer los materiales mediante el ajuste de la composición y la estructura de unión en la interfaz de los cristalitos vecinos, y este método tiene un significado especial para los materiales compuestos por pequeños nanograins donde la resistencia final está dominada por el límite de grano en lugar del movimiento de dislocación. Aquí, informamos un gran fortalecimiento de una película de cobre nanocolumnar que comprende nanograins columnares incrustados en un marco de boro similar al bambú sintetizado por codeposición por pulverización catódica con magnetrón, alcanzando la alta dureza de nanoindentación de 10.8 GPa entre las aleaciones de cobre. El marco de boro que rodea los nanograins de cobre estabiliza y fortalece la película de cobre nanocolumnar bajo indentación, beneficiándose de la alta resistencia del marco de boro amorfo y la deformación restringida de las nanocolumnas de cobre confinadas por el límite del grano de boro. Estos hallazgos abren una nueva vía para fortalecer los metales a través de la construcción de nanocompuestos de doble fase que comprenden nanocereales metálicos incrustados en un marco de contorno de grano de elemento ligero fuerte y confinante.

Files

s41467-023-40580-8.pdf.pdf

Files (4.0 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:becf52b93cf4d50929af20c7c410c71b
4.0 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مركب نحاسي ثنائي البنية يشبه الخيزران ويعززه إطار البورون غير المتبلور
Translated title (French)
Composite de cuivre nanostructuré biphasé de type bambou renforcé par une ossature de bore amorphe
Translated title (Spanish)
Compuesto de cobre nanoestructurado de doble fase similar al bambú reforzado por estructura de boro amorfo

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4385740789
DOI
10.1038/s41467-023-40580-8

Is supplement to
https://openalex.org/W2994405763 (Other)
https://openalex.org/W2378057324 (Other)
https://openalex.org/W2377912919 (Other)
https://openalex.org/W2312920444 (Other)
https://openalex.org/W2087591640 (Other)
https://openalex.org/W2072954403 (Other)
https://openalex.org/W2063705945 (Other)
https://openalex.org/W2045519648 (Other)
https://openalex.org/W2019128035 (Other)
https://openalex.org/W2018120503 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1128414314
  • https://openalex.org/W131444715
  • https://openalex.org/W1967019013
  • https://openalex.org/W1971260269
  • https://openalex.org/W1976325808
  • https://openalex.org/W1979544533
  • https://openalex.org/W1979599841
  • https://openalex.org/W1981010713
  • https://openalex.org/W1981368803
  • https://openalex.org/W1983543277
  • https://openalex.org/W1984899847
  • https://openalex.org/W1990505993
  • https://openalex.org/W2007969893
  • https://openalex.org/W2016832370
  • https://openalex.org/W2020799758
  • https://openalex.org/W2023407833
  • https://openalex.org/W2026029341
  • https://openalex.org/W2032003261
  • https://openalex.org/W2036113194
  • https://openalex.org/W2040395615
  • https://openalex.org/W2046914966
  • https://openalex.org/W2049866731
  • https://openalex.org/W2054455822
  • https://openalex.org/W2074028022
  • https://openalex.org/W2080099522
  • https://openalex.org/W2083222334
  • https://openalex.org/W2084732279
  • https://openalex.org/W2086933933
  • https://openalex.org/W2094499443
  • https://openalex.org/W2132920809
  • https://openalex.org/W2143210339
  • https://openalex.org/W2163272368
  • https://openalex.org/W2167687051
  • https://openalex.org/W2201928426
  • https://openalex.org/W2414372641
  • https://openalex.org/W2441008335
  • https://openalex.org/W2473175099
  • https://openalex.org/W2592188055
  • https://openalex.org/W2599003897
  • https://openalex.org/W2604539362
  • https://openalex.org/W2607644400
  • https://openalex.org/W2612034633
  • https://openalex.org/W263326095
  • https://openalex.org/W2726522996
  • https://openalex.org/W2735156289
  • https://openalex.org/W2749845986
  • https://openalex.org/W2763076359
  • https://openalex.org/W2771857053
  • https://openalex.org/W2777495132
  • https://openalex.org/W2790760538
  • https://openalex.org/W2794471395
  • https://openalex.org/W2805494861
  • https://openalex.org/W2893750950
  • https://openalex.org/W2912644220
  • https://openalex.org/W2955906767
  • https://openalex.org/W2982691271
  • https://openalex.org/W2992506581
  • https://openalex.org/W2994405763
  • https://openalex.org/W3004697242
  • https://openalex.org/W3015304427
  • https://openalex.org/W3034004887
  • https://openalex.org/W3036182905
  • https://openalex.org/W3094377160
  • https://openalex.org/W3097925785
  • https://openalex.org/W3099429082
  • https://openalex.org/W3120662275
  • https://openalex.org/W3155762063
  • https://openalex.org/W3187590000
  • https://openalex.org/W3197789303
  • https://openalex.org/W3205798674
  • https://openalex.org/W4220767497
  • https://openalex.org/W630503841
  • https://openalex.org/W832976576