Surface-controlled mechanical properties of bulk nanoporous gold

Abstract

In dieser Arbeit wird ein intelligentes Hybridmaterial auf Basis von nanoporösen Gold in einem wässrigen Elektrolyt vorgestellt, dessen Steifigkeit und Festigkeit reversibel durch externe Signale eingestellt werden können. Die Durchstimmbarkeit dieser effektiven mechanischen Eigenschaften wird über das Anlegen von elektrischen Potentialen an der großen Gold-Elektrolyt Grenzfläche innerhalb des Werkstoffes realisiert. Auf diese Art lässt sich der Oberflächenzustand durch elektrische Polarisation und Ionensadsorption kontrollieren. Die Verformungsexperimente wurden in situ in einer elektrochemischen Zelle, eingebaut in einen dynamisch-mechanischen Analysator und in einer mechanischen Prüfmaschine, durchgeführt. Die Ergebnisse der in situ Experimente zeigen, dass die Oberflächenexzesselastizität die effektive elastischen Antwort von Nanostrukturen beeinflusst während auf die Plastizität die Oberflächenspannung wesentlich einwirkt.

This study highlights a smart hybrid material based on nanoporous gold in an aqueous electrolyte whose stiffness and strength are reversibly tuned by external stimuli. The tunability of these effective mechanical properties is realized via application of electric potentials to the large gold-electrolyte interface of the material, and consequent control of the surface state through electrical polarization and adsorption. The experiments are implemented in situ under environmental control in a dynamic mechanical analyzer and a mechanical testing device. The results of the in situ experiments provide conclusive evidence for the impact of surface excess elasticity on the effective elastic response of nanostructures and support a hypothesis that surface tension is a dominant factor in controlling their plasticity.