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Contact laws between nanoparticles: the elasticity of a nanopowder

Adrien Girard, Julien Ramade, Jérémie Margueritat, Denis Machon, Lucien Saviot, Frédéric Demoisson, Alain Mermet

Nanoscale· Volume 10· Issue 4

Abstract

Studies of the mechanical contact between nanometer-scale particles provide fundamental insights into the mechanical properties of materials and the validity of contact laws at the nanoscale which are still under debate for contact surfaces approaching atomic dimensions. Using in situ Brillouin light scattering under high pressure, we show that effective medium theories successfully predict the macroscopic sound velocities in nanopowders if one takes into account the cementation of the contacts Our measurements suggest the relevance of the continuum approach and effective medium theories to describe the contact between nanoparticles of diameters as small as 4 nm, i.e. with radii of contact of a few angstroms. In particular, we demonstrate that the mechanical properties of nanopowders strongly depend on the surface state of the nanoparticles. The presence of molecular adsorbates modifies significantly the contact laws.
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Research context

OpenAlex topics: Adhesion, Friction, and Surface Interactions · Force Microscopy Techniques and Applications · High-pressure geophysics and materials

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Affiliations

Institut Lumière Matière

Université de Lyon

Université Claude Bernard Lyon 1

UMR CNRS 5306

69622 Villeurbanne

Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne

UMR 6303 CNRS Université de Bourgogne Franche-Comté

F-21078 Dijon Cedex

France

References (57)

Show source-provided references
1. Saul · Geophysics · 2013 · 78 · D32710.1190/geo2012-0459.1 ↗
2. Johnson · Nature · 2008 · 451 · 5710.1038/nature06440 ↗
3. J. D. G. Mavko and T.Mukerji , The Rock Physics Handbook , 2nd edn, 2010
4. Coste · Eur. Phys. J. B · 1999 · 7 · 15510.1007/s100510050598 ↗
5. Gilles · Phys. Rev. Lett. · 2003 · 90 · 17430210.1103/PhysRevLett.90.174302 ↗
6. Goddard · Proc. R. Soc. London, Ser. A · 1990 · 430 · 10510.1098/rspa.1990.0083 ↗
7. Makse · Phys. Rev. Lett. · 1999 · 83 · 507010.1103/PhysRevLett.83.5070 ↗
8. Langlois · Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. · 2014 · 89 · 1
9. Jia · Phys. Rev. Lett. · 1999 · 82 · 186310.1103/PhysRevLett.82.1863 ↗
10. Lherminier · Phys. Rev. Lett. · 2014 · 113 · 110.1103/PhysRevLett.113.098001 ↗
11. Weaver · Phys. Rev. Lett. · 2001 · 87 · 13430110.1103/PhysRevLett.87.134301 ↗
12. Cowan · Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. · 2002 · 65 · 110.1103/PhysRevE.65.066605 ↗
13. Luan · Nature · 2005 · 435 · 92910.1038/nature03700 ↗
14. Solhjoo · J. Appl. Phys. · 2016 · 120 · 110.1063/1.4967795 ↗
15. Gao · Int. J. Solids Struct. · 2014 · 51 · 56610.1016/j.ijsolstr.2013.10.017 ↗
16. Ayouch · ACS Nano · 2012 · 6 · 1061410.1021/nn303631d ↗
17. Avice · J. Phys. Chem. C · 2017 · 121 · 2376910.1021/acs.jpcc.7b08404 ↗
18. Santhapuram · Comput. Mater. Sci. · 2017 · 136 · 25310.1016/j.commatsci.2017.05.001 ↗
19. Mo · Nature · 2009 · 457 · 111610.1038/nature07748 ↗
20. Liu · Comput. Mater. Sci. · 2015 · 110 · 5410.1016/j.commatsci.2015.07.051 ↗
21. Tan · Langmuir · 2004 · 20 · 701510.1021/la049597c ↗
22. Paik · Micro Nano Lett. · 2007 · 2 · 9010.1049/mnl:20070030 ↗
23. Tian · Phys. Rev. Lett. · 2017 · 118 · 1
24. Laube · J. Phys. Chem. C · 2017 · 121 · 1529410.1021/acs.jpcc.7b05655 ↗
25. Counts · Phys. Rev. Lett. · 2017 · 119 · 4360110.1103/PhysRevLett.119.043601 ↗
26. Mo · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2010 · 81 · 110.1103/PhysRevB.81.035405 ↗
27. Gotsmann · Nat. Mater. · 2012 · 12 · 5910.1038/nmat3460 ↗
28. de Mello · Sci. Rep. · 2017 · 7 · 324210.1038/s41598-017-03046-8 ↗
29. Pighini · J. Nanopart. Res. · 2007 · 9 · 30910.1007/s11051-005-9061-6 ↗
30. Demoisson · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 1457110.1021/jp202752r ↗
31. Marquardt · Mineral. Mag. · 2011 · 75 · 1406
32. Smith · Phys. Rev. · 1929 · 34 · 127110.1103/PhysRev.34.1271 ↗
33. Laube · Langmuir · 2015 · 31 · 1128810.1021/acs.langmuir.5b02989 ↗
34. Salameh · Langmuir · 2012 · 28 · 1145710.1021/la302242s ↗
35. Digby · J. Appl. Mech. · 1981 · 48 · 80310.1115/1.3157738 ↗
36. Radha · J. Am. Ceram. Soc. · 2009 · 92 · 13310.1111/j.1551-2916.2008.02796.x ↗
37. Saviot · J. Phys. Chem. C · 2012 · 116 · 2204310.1021/jp307066x ↗
38. Tegzes · Phys. Rev. E: Stat. Phys., Plasmas, Fluids, Relat. Interdiscip. Top. · 1999 · 60 · 582310.1103/PhysRevE.60.5823 ↗
39. Nowak · Nat. Phys. · 2005 · 1 · 5010.1038/nphys106 ↗
40. Valenza · Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. · 2009 · 80 · 5130410.1103/PhysRevE.80.051304 ↗
41. Jia · Phys. Rev. Lett. · 2004 · 93 · 15430310.1103/PhysRevLett.93.154303 ↗
42. Brunet · Phys. Rev. Lett. · 2008 · 101 · 13800110.1103/PhysRevLett.101.138001 ↗
43. Dvorkin · Geophysics · 1996 · 61 · 890
44. Ren · Solid State Sci. · 2011 · 13 · 93810.1016/j.solidstatesciences.2011.02.013 ↗
45. De Gennes · Europhys. Lett. · 1996 · 35 · 14510.1209/epl/i1996-00546-1 ↗
46. Machon · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 2228610.1021/jp2082227 ↗
47. Piot · J. Phys. Chem. C · 2013 · 117 · 1113310.1021/jp401121c ↗
48. Yeheskel · J. Mater. Res. · 2005 · 20 · 71910.1557/JMR.2005.0094 ↗
49. Kim · Nanostruct. Mater. · 1999 · 11 · 36110.1016/S0965-9773(99)00052-5 ↗
50. Sharma · J. Mater. Res. · 2003 · 18 · 182310.1557/JMR.2003.0253 ↗
51. Zhou · J. Mater. Sci. Eng. A · 2007 · 445–446 · 71710.1016/j.msea.2006.10.005 ↗
52. Saviot · J. Phys. Chem. C · 2014 · 118 · 1049510.1021/jp502409e ↗
53. Girard · Nano Lett. · 2016 · 16 · 384310.1021/acs.nanolett.6b01314 ↗
54. Murakami · Nature · 2012 · 485 · 9010.1038/nature11004 ↗
55. Dai · Phys. Chem. Miner. · 2013 · 40 · 19510.1007/s00269-012-0558-0 ↗
56. Murakami · Earth Planet. Sci. Lett. · 2007 · 256 · 4710.1016/j.epsl.2007.01.011 ↗
57. Murakami · Earth Planet. Sci. Lett. · 2009 · 277 · 12310.1016/j.epsl.2008.10.010 ↗