Mechanical Properties of Si Nanowires as Revealed by in Situ Transmission Electron Microscopy and Molecular Dynamics Simulations

材料科学 纳米线 透射电子显微镜 复合材料 无定形固体 位错 弯曲 可塑性 张力(地质) 脆性 极限抗拉强度 变形(气象学) 分子动力学 结晶学 纳米技术 化学 计算化学
作者
Dai‐Ming Tang,Cuilan Ren,Ming‐Sheng Wang,Xianlong Wei,Naoyuki Kawamoto,Chang Liu,Yoshio Bando,Masanori Mitome,Naoki Fukata,Dmitri Golberg
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:12 (4): 1898-1904 被引量:163
标识
DOI:10.1021/nl204282y
摘要

Deformation and fracture mechanisms of ultrathin Si nanowires (NWs), with diameters of down to ~9 nm, under uniaxial tension and bending were investigated by using in situ transmission electron microscopy and molecular dynamics simulations. It was revealed that the mechanical behavior of Si NWs had been closely related to the wire diameter, loading conditions, and stress states. Under tension, Si NWs deformed elastically until abrupt brittle fracture. The tensile strength showed a clear size dependence, and the greatest strength was up to 11.3 GPa. In contrast, under bending, the Si NWs demonstrated considerable plasticity. Under a bending strain of <14%, they could repeatedly be bent without cracking along with a crystalline-to-amorphous phase transition. Under a larger strain of >20%, the cracks nucleated on the tensed side and propagated from the wire surface, whereas on the compressed side a plastic deformation took place because of dislocation activities and an amorphous transition.
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