Các vât liệu cấu trúc nanô là các vật liệu đơn hoặc đa pha với kích thư tinh thể từ vài nm đến 100 nm ít nhất theo một chiều. Do kích thước các h
, một số lượng c nguyên tử tron t liệu này nằm tại biên h ậy các v i các vật li t liệu này thể ối cùng loại ường các tính ch c thông thường, t met). Các vật liệu anô có cường độ chịu nén,
uả là giảm thời gian và n
độ cứng và tốc độ khuyế iệt độ thiêu kế
iên. Các vậ nanô đã được tổng
ằng một số phươ ầu từ
Hình 1.11. Sự sắp xếp của các nguyên tử trong tinh thể nanô kim loại[33].
h
hóa, nguội nhanh) và trạng thái r
ền cơ). Khả năng ưu việt của phương pháp MA là tổng hợp các vật liệu cấu trúc nanô bằng thiết bị đơn giản, tổng hợp ở nhiệt độ phòng. Tổng hợp vật liệu nanô bằng MA đầu tiên được báo cáo bởi Thompson và Politis năm 1987 [34]. Sau đó vào năm 1988, Shingu và cộng sự đã công bố báo cáo “ Các cấu trúc nanô tinh thể trật tự được tổng hợp bằng MA” [28]. Koch đã tóm tắt các kết quả về tổng hợp và cấu trúc của các nanô tinh thể
được chế tạo bởi nghiền khuấy và có bổ sung những kết quả mới gần đây [20]. Các hạt với kích thước nm được quan sát thấy trong hầu hết các kim loại sạch, các kim loại chuyển tiếp, các hợp kim chế tạo bằng MA (nếu chúng vẫn còn là các tinh thể). Mặc dù là một hiện tượng phổ biến, vẫn không có nhiều khảo sát để giải thích các hạt kích thước nm trong các vật liệu hình thành như thế nào và tại sao. Hellstern và cộng sự [16] đã mô tả cơ chế tạo nên các cấu trúc nanô từ MA. Từ các quan sát ảnh TEM phân giải cao, các tác giả này cho biết ở giai đoạn đầu của MA các hạt bột bị biến dạng dẻo dưới dạng các dải có mật độ lệch mạng cao với bề rộng khoảng 0.5 ÷ 1.0 µm. Tiếp tục nghiền ứng suất mức nguyên tử tăng do tăng mật độ lệch mạng, ở vùng ứng suất tăng cao các hạt sẽ bị bẻ gãy thành các hạt nhỏ hơn và bị tách bởi các biên hạt có góc nhỏ. Sự bẻ gãy sẽ giảm ứng suất mạng. Đồng thời quá trình biến dạng xảy ra trong vùng chưa bị đứt gãy của vật liệu. Kích thước hạt giảm nhanh và các vùng đứt gãy gắn kết lại. Các biên hạt góc nhỏ được thay bởi các biên hạt góc lớn hơn. Quá trình này được phản ánh qua sự vắng mặt của kết cấu trên các phổ nhiễu xạ điện tử và định hướng hỗn loạn của các hạt quan sát từ các ảnh HRTEM. Kết quả tạo nên các hạt nanô tinh thể không có lệch mạng. Li và cộng sự [22] đã giả thiết một mô hình giảm kích thước hạt trong quá trình nghiền bi ở giai đoạn đầu theo liên hệ sau: 3 2 − =Kt d (1.23) Với d là kích thước hạt, t là thời gian và K là hằng số.
Kích thước hạt nhỏ nhất thu được bằng cách nghiền được xác định bởi sự cạnh tranh giữa mức độ biến dạng dẻo (phụ thuộc vào chuyển động của lệch mạng), trạng thái hồi phục và tái kết tinh của vật liệu. Kích thước hạt nhỏ nhất
dmin tạo bằng MA tỉ lệ nghịch với điểm nóng chảy của các nguyên tố Al, Ag, Cu và Ni (tất cả đều có cấu trúc fcc), tỉ lệ thuận với năng lượng gây lỗi mạng. Với các loại cấu trúc khác như hcp và bcc sự phụ thuộc phức tạp hơn nhưng dmin
nhận được cho các cấu trúc theo trật tự fcc < bcc < hcp. Kích thước hạt nhỏ nhất thu được cũng còn phụ thuộc vào nhiều thông số như: phương pháp đánh giá kích thước, loại máy, nhiệt độ nghiền, mức tạp. Những nghiên cứu hệ thống là cần thiết để giải thích ảnh hưởng của các thông số này.
Một số vật liệu tổ hợp nanô cũng được tổng hợp bằng MA. Các pha vô định hình nhận được từ quá trình MA kết tinh ở nhiệt độ tương đối thấp. Các vật liệu tổ hợp nannô có tính chất hạn chế sự phát triển kích thước hạt cho tới ngưỡng nhiệt độ cao. Các hợp kim chứa tinh thể nanô có các tính chất hấp phụ hidro ở nhiệt độ thấp nhiều hơn so với dạng hạt kích thước lớn, ít bị ôxy hóa trong không khí hơn.