修改纳米结构的表面机械研磨处理(SMAT)方法和系统技术方案

本发明专利技术描述了用于对包括薄膜、纳米材料和其它精细和脆性材料的多种类型的材料的表面进行表面机械研磨处理(SMAT)的系统和方法。在一个方案中，将材料的表面修改为改性表面并且从初始状态修改为改性状态，其中改性状态包括物理改性、化学改性或生物改性。在另一个方案中，在定义持续时间将表面机械研磨处理(SMAT)应用于该材料的改性表面，其中与SMAT相关的条件基于该材料的结构组分被调节。在又一个方案中，基于SMAT将定义应变施加至该材料的结构组分上。本发明专利技术提供的系统和方法能够在精细材料的表面上产生应变和缺陷并且改善这些材料的功能。

【技术实现步骤摘要】

本公开文本通常涉及用于在一系列材料的表面诱发应变的表面机械研磨处理(SMAT)方法。
技术介绍
近来，材料科学学科在材料表面工程领域已经展示出了一系列进展。其中一项进展涉及被称为表面机械研磨处理(SMAT)的机理。SMAT通过使多个球与材料的表面碰撞来实现，导致表面缺陷和材料应变的产生。虽然现有SMAT方法能够实现材料缺陷，此类缺陷使材料的表面以及较深的次表面材料层的变形。然而，现有SMAT方法不能在精细(delicate)材料的表面上诱发应变。遗憾的是，现有SMAT和掺杂方法(诸如高能量SMAT和球磨工艺)通过以集中和破坏性的方式对材料冲击实现材料掺杂或应变，它们对于在薄膜或其它精细结构(例如，纳米结构)的表面上产生应变是没有成效的。相反，现行SMAT方法引起的应变贯穿体材料的整体，而不仅是这些材料的表面。诸如利用弯曲工艺实现材料应变的方法等其它掺杂方法也不能实现精细材料的掺杂或表面应变，并且经常导致不理想的后果，诸如使经处理的膜弯曲、在材料上产生剪切应变或使膜从基板分层。因此，亟需一种技术和工艺，克服不能够在诸如薄膜和纳米结构等精细材料上施加表面应变的问题。此外，需要一种以有效成本大规模生产的方法，其在脆性材料中产生表面应变的方法具有需求。涉及用于各种材料的SMAT方法的上述
技术介绍
仅意图提供对SMAT方法及其现有限制的背景概述，并不意图是穷尽的。经查看以下详细描述，关于传统SMAT方法的其它背景可以变得更加显而易见。
技术实现思路
本文提供简化的
技术实现思路
，以帮助能够对以下更加详细地描述和附图中的示例性、非限制性的实施例的各个方面进行基本的或一般的理解。然而，该
技术实现思路
并不意图是广泛的或穷尽的概述。相反，该
技术实现思路
的目的是以简化的形式呈现与一些示例性的非限制性实施例相关的一些概念作为以下本公开文本的各个实施例的更加详细说明的前序。本文描述了在诸如薄膜或纳米结构等的精细或脆性材料的表面上提供功能性、提供掺杂并诱发应变的系统、方法、制品以及其它实施例或实施方式。在一实施例中，提供了一种系统，包括：阳极化组件、加热组件、腔室组件以及超声波振动发生器组件。在一个方案中，阳极化组件使电流通过材料的表面以使该材料的表面阳极化。在另一个方案中，加热组件向该材料的表面施加根据定义温度的热量。此外，在一个方案中，腔室组件包括材料容置部、容器部以及超声波振动发生器组件。在一个方案中，材料容置部被连接至腔室组件的顶棚并且材料容置部固定该材料，其中该材料的表面面向腔室组件的底板，容器部被连接至腔室组件的底板，其中容器部包括一组球，其中超声波振动发生器组件被连接至容器部，其中超声波振动发生器组件包括将功率流转换成电信号的发电机组件、将电信号转换成振荡波的转换器(convertor)组件以及发出与振动频率对应的振荡波的变幅杆(horn)组件，振荡波冲击该组球，导致该组球分散散布，并且该组球以定义速度与该材料的表面碰撞。在另一实施例中，公开了一种方法，包括：将阳极化处理应用于材料的表面，将热处理应用于该材料的表面；将表面机械研磨处理(SMAT)应用于该材料的表面，其中SMAT包括：在该材料的表面与超声波变幅杆之间布置球，超声波变幅杆被连接至超声波换能器，超声波换能器被配置为将电信号转换成振荡波，其中超声波变幅杆被配置为发出振荡波；通过超声波变幅杆发出表示频率水平的振荡波；基于振荡波与球之间的接触诱发球的移动；以及基于诱发的球的移动使球与该材料的表面碰撞，其中该碰撞将该材料的表面更改为包括材料应变、表面变形、贯穿该材料的压缩应力或表面的压痕的至少之一。为了实现上述和有关目的，公开主题包括下文充分描述的特征。以下说明和附图具体列出多个特定示例性方案。然而，这些方案表明了可以采用本
公开主题的原理的各种方式中的多个。通过以下结合附图考虑的详细说明，其它方案、优点和新颖特征将变得显而易见。附图说明参考下列附图来描述公开主题的非限制性和非穷尽的实施例，其中除非另有规定，否则各附图中相似的附图标记表示相似的部件。图1A示出示例SMAT系统的非限制性示意框图，该示例SMAT系统包括阳极化组件、加热组件、腔室组件以及超声波发生器组件。图1B示出示例SMAT系统的非限制性示意框图，该示例SMAT系统包括腔室组件、材料容置部、容器部、超声波振动发生器组件、变幅杆组件、转换器组件以及发电机组件。图2示出示例SMAT系统的非限制性示意框图，该示例SMAT系统包括阳极化组件、加热组件、腔室组件、超声波发生器组件以及修改组件。图3示出示例SMAT系统的非限制性示意框图，该示例SMAT系统包括阳极化组件、加热组件、腔室组件、超声波发生器组件、修改组件以及控制器组件。图4示出示例SMAT系统的非限制性示意框图，该示例SMAT系统包括阳极化组件、加热组件、腔室组件、超声波发生器组件、修改组件以及控制器组件。图5示出使用SMAT掺杂材料的表面的非限制性示例方法。图6示出使用SMAT掺杂材料的表面的非限制性示例方法。图7示出使用SMAT掺杂材料的表面的非限制性示例方法。图8示出使用SMAT掺杂材料的表面的非限制性示例方法。图9示出使用SMAT掺杂材料的表面的非限制性示例方法。图10示出使用SMAT掺杂材料的表面的非限制性示例方法。具体实施方式在以下说明中，阐明了众多的具体细节，以对于各个实施例提供透彻的理解。然而，相关
的技术人员将认识到本文描述的技术能够在不使
用一个或多个具体细节的情况下得以实施，或者能够利用其它方法、组件、材料等来实施。在其它例子中，并未具体示出或描述熟知的结构、材料或操作，以避免使特定方案不清晰。本说明书中提及的“一个实施例”或“一实施例”表示结合实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，本说明书中各地方出现的短语“在一个实施例中”、“在一个方案中”或“在一实施例中”不一定全部涉及相同的实施例。而且，在一个或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以按照任何适当的方式结合。如本文所使用的，术语“组件”、“系统”、“接口”等，意图指具有由电路或电子电路所操作的机械部件提供的特定功能的设备；该电路或电子电路能够被一个或多个处理器所执行的软件应用或固件应用操作；该一个或多个处理器能够位于该设备的内部或外部并能够执行软件应用或固件应用的至少一部分。作为再一个示例，组件可以是通过无机械部件的电子组件提供特定功能的设备；该电子组件中能够包括一个或多个处理器以执行至少部分给出电子组件的功能的软件和/或固件。在一方案中，组件能够经由虚拟机例如在云计算系统内仿真电子组件。本文使用词语“示例性的”和/或“说明性的”意思是作为示例、例子或例证。为免生疑问，本文公开的主题不限于这种示例。另外，本文描述为“示例性的”和/或“说明性的”的任何方案或设计不一定被解释为其相对于其它方案或设计是优选的或有利的，也不意味着将本领域普通技术人员已知的等同的示例性结构和技术排除。而且，在这个意义上，在详细的描述中或在权利要求书中使用术语“包括”、“具有”、“含有”和其它类似的词语，以与作为开放性承接词的术语“包含”类似的方式，这种术语旨在是包容性的，而不排除任何额外或其它的元件。作为本文提出的各个实施例的概述，为了纠正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：产生具有多孔纳米结构的材料的表面；将表面机械研磨处理(SMAT)应用于所述材料的所述表面，其中所述SMAT包括：在所述材料的所述表面与超声波变幅杆之间布置球，所述超声波变幅杆被连接至超声波换能器，所述超声波换能器被配置成将电信号转换成振荡波，其中所述超声波变幅杆被配置成发出所述振荡波；通过所述超声波变幅杆发出表示频率水平的所述振荡波；基于所述振荡波与所述球之间的接触诱发所述球的移动；以及基于诱发的所述球的移动使所述球与所述材料的所述表面碰撞，其中所述碰撞将所述材料的所述表面更改为包括材料应变、所述表面的变形、贯穿所述材料的压缩应力或所述表面的压痕中的至少之一。

【技术特征摘要】
2015.02.26 US 14/632,8641.一种方法，包括：产生具有多孔纳米结构的材料的表面；将表面机械研磨处理(SMAT)应用于所述材料的所述表面，其中所述SMAT包括：在所述材料的所述表面与超声波变幅杆之间布置球，所述超声波变幅杆被连接至超声波换能器，所述超声波换能器被配置成将电信号转换成振荡波，其中所述超声波变幅杆被配置成发出所述振荡波；通过所述超声波变幅杆发出表示频率水平的所述振荡波；基于所述振荡波与所述球之间的接触诱发所述球的移动；以及基于诱发的所述球的移动使所述球与所述材料的所述表面碰撞，其中所述碰撞将所述材料的所述表面更改为包括材料应变、所述表面的变形、贯穿所述材料的压缩应力或所述表面的压痕中的至少之一。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：调整与所述碰撞对应的冲击水平，其中所述冲击水平基于与诱发的移动相关的能量水平以及与所述碰撞相关的功率水平。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述超声波变幅杆被连接至超声波转换器，所述超声波转换器被配置为调节所述超声波变幅杆发出的所述振荡波的振幅。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述球基于所述接触以散布形式分散。5.根据权利要求4所述的方法，还包括：修改所述超声波变幅杆的尺寸和形状。6.根据权利要求1所述的方法，还包括：调节与所述球的移动相关的速度。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述超声波变幅杆是钟形变幅杆、杆形变幅杆、悬链曲面切割变幅杆、复合超声波变幅杆、指数形变幅杆、插入式变幅杆、圆形超声波变幅杆、调整的螺栓型变幅杆。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述超声波变幅杆由钛、铝或钢中的至少之一形成。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述超声波变幅杆被涂布有镀铬、阳极化涂层或碳化物喷涂涂层中的至少之一。10.根据权利要求1所述的方法，其中具有多孔纳米结构的所述材料的所述表面通过阳极化处理、电化学处理、自组装方法或气相沉积处理中的任何方法产生。11.一种系统，包括：阳极化组件，使电流通过材料的表面以使所述材料的所述表面阳极化；加热组件，向所述材料的所述表面施加根据定义温度的热量；以及腔室组件，包括材料容置部、容器部以及超声波振动发生器组件，其中所述材料容置部被连接至所述腔室组件的顶棚并且所述材料容置部固定(hold)所述材料，其中所述材料的所述表面面向所述腔室组件的底板，其中所述容器部被连接至所述腔室组件的所述底板，其中所述容器部包括一组球，其中所述超声波振动发生器组件被连接至所述容器部，其中所述超声波振动发生器组件包括将功率流转换成电信号的发电机组件，将所述电信号转换成振荡波的转换器组件以及发出与振动频率对应的所述振荡波的变幅杆组件，其中所述振荡波冲击所述组球，导致所述组球分散散布，并且其中所述组球以定义速度与所述材料的所述表面碰撞。12.根据权利要求11所述的系统，其中所述腔室组件是包括圆柱形、立方体形、圆锥体形、球形、金字塔形、长方体形、三棱柱形、六角柱形、半球形、十二面体形、不规则三维形状、平顶三维形状或其它预定的三维形状的腔室形状。13.根据权利要求12...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗·麦克·李，李扬扬，吕坚，
申请(专利权)人：香港城市大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;81