Creep-Based Nanomanufacturing of Crystalline Metals and Alloys
基于蠕变的晶体金属和合金纳米制造
基本信息
- 批准号:2212195
- 负责人:
- 金额:$ 24.04万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-01-01 至 2025-12-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Nanostructures of metallic materials are critical for meeting the growing demands in catalysis, energy storage, sensors, filtration, and drug-delivery. Manufacturing of metal nanostructures largely relies on expensive lithography and thin film deposition techniques. Molding is a high-throughput fabrication process for nanostructures, but the large crystal grains in metals hinder their flow at nanoscale. This grant supports fundamental research in high temperature plastic deformation of crystalline metals to advance molding-based scalable nanomanufacturing. The research enables fabrication of high aspect-ratio nanostructures of many metallic alloys including high surface-area porous metal nanostructures which are highly desirable for energy conversion and storage and biomedical applications. The manufacturing research in metal nanostructures benefits the economy and society by advancing technologies in energy, healthcare and other industrial sectors thus advancing US competitiveness and prosperity. The project provides education and hands-on training to students at all levels and prepares them for the growing industry in advanced manufacturing. The outreach activities in this project are designed to particularly inspire students with disabilities for careers in science and engineering fields. Nanostructures are routinely fabricated by templated molding of soft polymers and other glassy materials in their stable viscous state. A similar approach is however not directly applicable to crystalline metals due to their highly reactive liquid state and rigid microstructural features in the solid state. This project investigates creep-based plastic deformation of crystalline metals and alloys for controllable molding at different length scales. Creep in metals is generally considered detrimental for structural applications, but recent studies indicate its potential for controllable nanoforming. Molding experiments with systematic variation in processing conditions and feedstock material enable decoupling of different creep mechanisms and their role in governing nanoscale metal molding. The project studies size-dependent mechanisms, e.g., dislocation-mediated plasticity, Nabarro-Herring creep, and Coble creep, in thermomechanical nanomolding of metals and alloys and flow mechanisms in template filling as a function of mold size, processing time and atmosphere. The knowledge gained from molding of homogeneous materials is applied to multi-phase and porous metal alloys, including high-entropy and eutectic alloys. Quantitative descriptions of creep induced flow advances the understanding of atomic diffusion in complex alloys and porous structures. Besides novel manufacturing science, the project has the potential to contribute new fundamental knowledge in metallurgy and mechanics.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
金属材料的纳米结构对于满足催化、储能、传感器、过滤和药物输送方面日益增长的需求至关重要。 金属纳米结构的制造很大程度上依赖于昂贵的光刻和薄膜沉积技术。 成型是纳米结构的高通量制造工艺,但金属中的大晶粒阻碍了它们在纳米尺度上的流动。 这笔赠款支持晶体金属高温塑性变形的基础研究,以推进基于成型的可扩展纳米制造。 该研究能够制造许多金属合金的高纵横比纳米结构,包括高表面积多孔金属纳米结构,这对于能量转换和存储以及生物医学应用来说是非常理想的。 金属纳米结构的制造研究通过推进能源、医疗保健和其他工业领域的技术使经济和社会受益,从而提高美国的竞争力和繁荣。 该项目为各级学生提供教育和实践培训,帮助他们为不断发展的先进制造行业做好准备。 该项目的外展活动旨在特别激励残疾学生在科学和工程领域的职业生涯。纳米结构通常是通过软聚合物和其他稳定粘性状态的玻璃材料的模板成型来制造的。 然而,由于结晶金属具有高反应性液态和固态下的刚性微观结构特征,类似的方法并不直接适用于结晶金属。 该项目研究晶体金属和合金的基于蠕变的塑性变形,以实现不同长度尺度的可控成型。 金属蠕变通常被认为对结构应用有害,但最近的研究表明其在可控纳米成型方面的潜力。 加工条件和原料材料系统变化的成型实验能够解耦不同的蠕变机制及其在控制纳米级金属成型中的作用。 该项目研究金属和合金热机械纳米成型中的尺寸相关机制,例如位错介导的塑性、Nabarro-Herring 蠕变和 Coble 蠕变,以及模板填充中的流动机制,作为模具尺寸、加工时间和气氛的函数。 从均质材料成型中获得的知识应用于多相和多孔金属合金,包括高熵合金和共晶合金。 蠕变诱导流动的定量描述增进了对复杂合金和多孔结构中原子扩散的理解。 除了新颖的制造科学之外,该项目还有潜力贡献冶金和机械方面的新基础知识。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Porous metal micro-pillars by thermomechanical molding of two-phase alloys
通过两相合金热机械成型制备多孔金属微柱
- DOI:10.1016/j.jallcom.2023.170701
- 发表时间:2023-05-01
- 期刊:
- 影响因子:6.2
- 作者:S. H. Jagdale;G. Kumar
- 通讯作者:G. Kumar
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