《Acta Materialia》：纳米压痕表征非晶态橄榄石薄膜的流变性！
2022-03-02 19:37:55
橄榄石，一种硅酸盐因素(Mg,Fe)2SiO4，是上地幔最要紧的制岩矿物，镁铁质矿物的一种，深约410公里，正在那里它转移成高压的众晶岩。橄榄石的力学机能正在地球动力学中具有首要意旨，由于橄榄石支配着上地幔的流变性，从而保障了韧性软流圈地幔与岩石圈板块之间的死板耦合。固然已举行众年探索，但橄榄石的可塑性依然没有充溢的体会。这一范围的探索要紧荟萃正在位错滑移的塑性机理上。比来的一项探索注脚，正在高压下，橄榄石中的晶界容易爆发非晶态化，横跨玻璃转移温度时晶界滑动具有很强的激活影响。为了满意探索a-橄榄石力学举动的新需求，提出了一种愚弄脉冲激光浸积(PLD)制备a-橄榄石薄膜的纳米压痕探索手段。正在过去的几十年里，依然开采了几种应变敏锐度衡量手段，用于探索原料从室温到高温的流变特质。纵然这种本领被广大用于工程原料，但用于外征矿物的操纵依然很少。
比利时安特卫普大学的探索职员讨论了脉冲激光浸积非晶态橄榄石薄膜正在恒定应变速度和懈弛要求下的流变机能。非晶橄榄石薄膜体现出光鲜速度依赖性的粘弹-粘塑性举动，应变速度敏锐性约为0.05，这注脚硅酸盐具有繁杂的非平均组织。联系论文以题为“Rheology of amorphous olivine thin films characterized by nano indentation”宣布正在Acta Materialia。
本文制备薄膜的脉冲激光参数为：频率10Hz、波长192nm、激光流量约5 I/cm2、浸积速度正在10-20nm/min，浸积正在1×10-3Pa的真空压力下和室温下举行。浸积正在取向[100]的硅片上，薄膜外面粗劣度小于1nm。
探索呈现跟着应变速度扩展一个数目级，a-橄榄石薄膜具有必然的粘弹性，杨氏模量正在89-92 GPa之间变革不大。正在凹陷区举行的TEM瞻仰显示有很强的弹性克复，没有剪切带的迹象。a-橄榄石硬度具有明显的应变率敏锐性，应变率敏锐性指数m常数大于应变率7个数目级，等于0.052±0.002。a-橄榄石正在境遇温度下的高应变率敏锐性与单晶橄榄石小得众的应变率敏锐性变成光显比较。
本文对浸积橄榄石薄膜举行了纳米压痕探索。对原料的杨氏模量、硬度等机能举行了测试和筹议。弛豫法已凯旋地用于探索非晶薄膜的粘塑性举动。这一结果外明了应变速度对非晶原料力学举动的首要性。本探索所涉及的温度并不行代外地球上地幔要求，是以本探索结果是橄榄石强度随应变率变革的上限。当玻璃流变性被热激活时，应变速度敏锐性只会跟着温度的升高而扩展，直到原料体现出牛顿活动。这些结果为讨论a-橄榄石的流变学本质与温度的联系，直至其玻璃化转移温度奠定了根底。这些结果可能更好地与自然爆发情状以及它通过激活晶界滑动对地球地幔流变学的影响举行对比筹议，有助于推想出地球地幔举动的不妨寄义。（文：破风）