Experimental Investigation of Fundamental Mechanical Behavior of Silicon Nanowires

硅纳米线基本机械行为的实验研究

基本信息

  • 批准号:
    1301193
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 32.43万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-01 至 2017-02-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This research is about the correlation between the size effects of silicon nanowires on elasticity, fracture, and their brittle to ductile transition.. In-situ scanning/transmission electron microscopy resonance and tensile testing on the same single NWs will be conducted to measure the elastic behavior. A statistical, Weibull-type, probability model will be employed to analyze the fracture data and identify fracture origins with the assistance of real-time and post-mortem microscopy analyses. In-situ thermomechanical testing done in-situ, in a Transmission Electron Microscope using a novel microfabricated testing stage will be used to probe the brittle to ductile transition.If successful, the proposed research has potential to improve flexible and stretchable electronics, improve energy conversion and storage. It is anticipated that the experimental results will be used in a collaborative way to develop atomistic simulations that will pin down the mundamental mechnisms of nanoscale elasticity, fracture and brittle to ductile transition. In addition, the novel experimental tools and methods developed in this project (e.g., the microfabricated thermomechanical testing stage) can be used to understand the properties of a broad range of nanostructures. From a teaching perspective, this work will be: 1) integrated into undergraduate and graduate courses that PI offers at NCSU (including a NSF supported undergraduate nanotechnology laboratory course), and web-based dissemination of the new course module; 2) used for training of graduate and undergraduate students for multidisciplinary research with involvement of women and underrepresented minorities; 3) used for collaboration with the Engineering Place program at North Carolina State University to develop an interactive demonstration module and present it to K-12 students.
这项研究是关于硅纳米线的尺寸效应对弹性、断裂及其脆性到延性转变之间的相关性。将对同一单个纳米线进行原位扫描/透射电子显微镜共振和拉伸测试,以测量弹性行为。 将采用统计威布尔型概率模型来分析断裂数据,并借助实时和事后显微镜分析来识别断裂起源。使用新型微制造测试台在透射电子显微镜中进行的原位热机械测试将用于探测脆性到延性的转变。如果成功,拟议的研究有潜力改善柔性和可拉伸电子产品,改善能量转换和存储。 预计实验结果将以协作方式用于开发原子模拟,从而确定纳米级弹性、断裂和脆性到延性转变的基本机制。此外,该项目开发的新颖实验工具和方法(例如微制造热机械测试阶段)可用于了解各种纳米结构的特性。从教学角度来看,这项工作将:1)融入PI在NCSU提供的本科生和研究生课程(包括NSF支持的本科生纳米技术实验室课程),并基于网络传播新课程模块; 2) 用于培训研究生和本科生进行涉及女性和代表性不足的少数群体的多学科研究; 3) 用于与北卡罗来纳州立大学的 Engineering Place 项目合作开发交互式演示模块并将其展示给 K-12 学生。

项目成果

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