Multi-Scale Study of Nanoparticle Sintering

纳米颗粒烧结的多尺度研究

基本信息

项目摘要

This grant provides funding for a nanoparticle sintering study across multi-scales through quantifying three-dimensional (3D) structural evolution of different nanoparticle packings and connecting the microstructural characteristics with macroscopic shrinkage. The primary issues to be addressed are particle agglomeration, excessive grain growth, complex nano-/micro-structural evolution, and non-uniform shrinkage. Sintering is a high temperature process whereby particles, in this case nanoparticles (with diameters less than 100 micrometers), are consolidated into solid form. The process involves multi-scale events that range from atomic diffusion to macroscopic shrinkage and creates stable nanostructures for long term use. Experiments will be carried out to create homogeneous and agglomerated titanium dioxide and zirconium dioxide nanoparticle packing structures across all scales. The resulting nanostructure will be quantitatively described and correlated with grain growth and macroscopic shrinkage through nanostructural electron tomography and focused ion beam 3D rendering. If successful, the results of this research will provide understanding to the key issues in nanoparticle sintering. These include the effects of different nanoparticle packings, excessive grain growth, complex nano-/micro-structural evolution, and non-uniform shrinkage. The team will develop theories that link nano-/micro-structural evolution and macroscopic densification throughout the entire sintering process. The integrated understanding across multi-scales will provide comprehensive sintering knowledge and enable the field to challenge the heretofore-accepted sintering theories and perspectives. With proper adjustment, the methodology and breakthrough can also be applied to conventional micron-sized particle sintering which has numerous applications. New theory-guided sintering processes resulting from this program will also allow for more energy efficient sintering practices. The research methodology has wide-ranging significance in multi-scale device integration while improving process reliability and manufacturability.
该赠款通过量化不同纳米颗粒包装的三维(3D)结构演化,并将微结构特征与宏观收缩连接起来,为跨多尺度的纳米颗粒烧结研究提供了资金。要解决的主要问题是颗粒聚集,过度的谷物生长,复杂的纳米/微结构进化和不均匀的收缩。烧结是一个高温过程,在这种情况下,在这种情况下,在这种情况下,粒子(直径小于100微米)被巩固为固体形式。该过程涉及从原子扩散到宏观收缩的多尺度事件,并创建稳定的纳米结构以供长期使用。将进行实验以在所有尺度上创建均质和凝聚的二氧化钛和二氧化锆纳米颗粒堆积结构。所得的纳米结构将通过纳米结构电子断层扫描和聚焦离子束3D渲染进行定量描述并与晶粒生长和宏观收缩相关。如果成功,这项研究的结果将为纳米颗粒烧结的关键问题提供理解。其中包括不同纳米颗粒包装的影响,过多的谷物生长,复杂的纳米/微结构进化以及不均匀的收缩。 该团队将开发在整个烧结过程中将纳米/微结构进化和宏观致密化的理论。跨多个尺度的综合理解将提供全面的烧结知识,并使该领域能够挑战迄今受过的烧结理论和观点。通过适当的调整,该方法和突破也可以应用于具有许多应用的常规微米大小的粒子烧结。该计划产生的新理论指导的烧结过程也将允许更有效的烧结实践。研究方法在多尺度设备集成中具有广泛的重要性,同时提高了过程可靠性和生产性。

项目成果

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