Current, technology trend is getting smaller from bulk size materials to thin film and it goes to thin film and nanostructure. To develop new materials for high technology applications, it is critical for us to understand their materials properties not only at the macroscopic point of view but also their microscopic properties.
First, multilayer thin film which has incoherent interface is studied to determine the mechanical properties. The incoherent interface multilayer systems received much attention as candidate for the next generation material in the aerospace, automobile and especially in the nucleate reactor industry, which highly benefits from the self-healing ability. In this study, Al-Nb multilayer has been studied with the microcompression method using the flat tip of the nanoindenter. Bilayer spacings of 5nm and 50nm were tested to examine the effect of different bilayer spacing on the deformation behavior of this incoherent multilayer system. FIB was utilized to fabricate the submicron sized pillars that are used in micro-compression testing. The results of the strain vs. the stress plot shows that smaller bilayer thickness film has larger value for 5% flow stress than that of the large bilayer thickness film due to the thread dislocation and interfacial strength. This strengthening as decreasing the bilayer thickness is due to more construction on dislocation because of the decreased distance between the interfaces, which are barriers to dislocation motion.
Second, the mechanical behavior of metal-graphene multilayer which has also incoherent interface has been studied by mocrocompression method. Because of the unique properties of graphene such as its ultrahigh mechanical strength, metal-graphene multilayer has much higher strength than any other incoherent interface. The strength could also be controlled by controlling the bilayer spacings. For the Ni-graphene multilayer, the 5% flow stress with a 70 nm bilayer thickness has 180 times larger and with 300nm bilayer sample has 86 times larger than bulk single crystal Ni strength. We have synthesized and tested the Cu-graphene multilayer for the mechanical properties. The Cu-graphene multilayer with 100nm bilayer thickness has a higher flow stress than the 300nm bilayer thickness sample. Both 100nm and 300nm sample have stronger strength compared with bulk Cu.
현대 기술의 발달로 인해 물질의 크기는 bulk 크기에서 박막 그리고 나노 구조로 점점 작아지고 있는 추세이다. 첨단 과학 기술에 응용될 새로운 물질들을 개발하기 위해서 물질의 기계적 특성을 거시적인 관점에서 이해하는 것뿐만 아니라 매우 작은 크기에서의 특징을 이해하는 것 또한 매우 중요하다.
이 논문에서는 incoherent 경계면을 지닌 다중층 박막의 기계적 성질에 대한 연구를 하였다. incoherent 경계면을 지닌 다중층 구조는 자가 치유 능력을 지니고 있기 때문에 우주항공, 자동차 산업 특히 핵반응 저장소 등에 쓰이는 차세대 물질로써 뛰어난 잠재성을 갖고 있다.
첫 번째로, 금속-금속 다중층 물질로서 Al-Nb을 나노인덴터의 flat 팁으로 미세 압축하여 물질의 특성을 연구하였다. 미세 압축 실험을 하기 위해 FIB로 Al-Nb 다중층에 마이크론 크기의 기둥을 제작하였다. Al-Nb 다중층에서 두 물질 사이의 간격이 각각 5nm와 50nm일 때 층간 간격에 따른 변형 특성을 연구한 결과 층간 간격이 5nm인 다중층 구조가 층간 간격이 50nm인 다중층 구조보다 더 큰 5% flow stress를 지닌다. 다중층 구조에서는 경계면이 전위의 거동을 막는 장애물 역할을 하기 때문에 층간 두께가 줄어들수록 전위의 거동이 어려워지고 따라서 물질이 강화된다.
두 번째로, incoherent 경계면을 지니는 금속-그래핀 다중층 구조의 기계적 특성을 미세 압축을 통해 연구하였다. 그래핀은 매우 뛰어난 기계적 특성을 지닌 물질이기 때문에 금속-그래핀 다중층은 다른 incoherent 경계면을 지닌 물질보다 훨씬 큰 강도를 띈다. 또한 층간 간격에 따라 강도 제어가 가능하다. 니켈-그래핀 다중층의 경우, 층간 간격이70 nm인 샘플의 5% flow stress는 순수 니켈에 비해 180배 크고, 층간 간격이300 nm인 샘플은 86배 크게 특정 되었다. 구리-그래핀의 경우에도 역시 층간 간격이100 nm인 샘플의 stress가 300nm 샘플보다 크게 분석되었고 두 가지 샘플 모두 순수 구리보다 큰 강도를 지닌다.
