Nature.comን ስለጎበኙ እናመሰግናለን። የሚጠቀሙበት የአሳሽ ስሪት ለCSS የተወሰነ ድጋፍ አለው። ለተሻለ ተሞክሮ፣ የዘመነ አሳሽ እንዲጠቀሙ (ወይም በኢንተርኔት ኤክስፕሎረር ውስጥ የተኳሃኝነት ሁነታን እንዲያጠፉ) እንመክራለን። ይህ በእንዲህ እንዳለ፣ ቀጣይነት ያለው ድጋፍ ለማረጋገጥ፣ ጣቢያውን ያለ ቅጦች እና ጃቫስክሪፕት እናሳያለን።
ባዮፊልሞች ሥር የሰደዱ ኢንፌክሽኖችን በማዳበር ረገድ ወሳኝ አካል ናቸው፣ በተለይም የሕክምና መሳሪያዎች ሲሳተፉ። ይህ ችግር ለሕክምናው ማህበረሰብ ትልቅ ፈተና ነው፣ ምክንያቱም መደበኛ አንቲባዮቲኮች ባዮፊልሞችን በጣም በተወሰነ ደረጃ ብቻ ማስወገድ ይችላሉ። የባዮፊልም ምስረታ መከላከል የተለያዩ የሽፋን ዘዴዎች እና አዳዲስ ቁሳቁሶች እንዲፈጠሩ ምክንያት ሆኗል። እነዚህ ዘዴዎች ባዮፊልም እንዳይፈጠር በሚከለክል መንገድ ቦታዎችን ለመሸፈን ያለሙ ናቸው። የብረት መስታወት ቅይጥ፣ በተለይም የመዳብ እና የቲታኒየም ብረቶችን የያዙ፣ እንደ ተስማሚ ፀረ-ተሕዋስያን ሽፋኖች ብቅ ብለዋል። በተመሳሳይ ጊዜ፣ የሙቀት መጠንን የሚነኩ ቁሳቁሶችን ለማቀነባበር ተስማሚ ዘዴ ስለሆነ የቀዝቃዛ ስፕሬይ ቴክኖሎጂ አጠቃቀም ጨምሯል። የዚህ ጥናት ዓላማ አንድ አካል በሜካኒካል ቅይጥ ቴክኒኮችን በመጠቀም ከተርናሪ ኩ-ዚር-ኒ የተዋቀረ አዲስ ፀረ-ባክቴሪያ ፊልም የብረት መስታወት ማዘጋጀት ነበር። የመጨረሻውን ምርት የሚያዘጋጀው ክብ ዱቄት በዝቅተኛ የሙቀት መጠን የማይዝግ ብረት ገጽታዎችን ቀዝቃዛ የሚረጭ ሽፋን ለማድረግ እንደ ጥሬ እቃ ጥቅም ላይ ይውላል። በብረታ ብረት መስታወት የተሸፈኑ ንጣፎች ከማይዝግ ብረት ጋር ሲነፃፀሩ ቢያንስ 1 ሎግ የባዮፊልም ምስረታ በከፍተኛ ሁኔታ ሊቀንሱ ችለዋል።
በሰው ልጅ ታሪክ ውስጥ፣ ማንኛውም ማህበረሰብ የተወሰኑ መስፈርቶቹን የሚያሟሉ አዳዲስ ቁሳቁሶችን ዲዛይን ማድረግ እና ማስተዋወቅ ችሏል፣ ይህም በዓለም አቀፍ ኢኮኖሚ ውስጥ የተሻሻለ አፈፃፀም እና ደረጃ አስገኝቷል። 1. ሁልጊዜም የሰው ልጅ ቁሳቁሶችን እና የማምረቻ መሳሪያዎችን እና የቁሳቁስ ማምረቻ እና ባህሪ ዲዛይኖችን ከአንዱ ሀገር ወይም ክልል ወደ ሌላ በጤና፣ በትምህርት፣ በኢንዱስትሪ፣ በኢኮኖሚክስ፣ በባህል እና በሌሎች ዘርፎች ከአንድ ሀገር ወይም ክልል ወደ ሌላ እድገት ለማምጣት የቁሳቁስ ማምረቻ እና ባህሪ ዲዛይኖችን የማዘጋጀት ችሎታ ስላለው ነው። እድገት የሚለካው ሀገር ወይም ክልል ሳይለይ ነው። 2 ለ60 ዓመታት የቁሳቁስ ሳይንቲስቶች አብዛኛውን ጊዜያቸውን በአንድ ዋና ጉዳይ ላይ በማተኮር አሳልፈዋል፤ ይህም አዳዲስ እና ዘመናዊ ቁሳቁሶችን ፍለጋ ነው። የቅርብ ጊዜ ጥናቶች የነባር ቁሳቁሶችን ጥራት እና አፈፃፀም ለማሻሻል እንዲሁም ሙሉ በሙሉ አዳዲስ የቁሳቁስ ዓይነቶችን በማዋሃድ እና በመፈልሰፍ ላይ አተኩረዋል።
የቅይጥ ንጥረ ነገሮችን መጨመር፣ የቁሳቁስ ማይክሮ መዋቅርን ማሻሻል እና የሙቀት፣ የሜካኒካል ወይም የቴርሞ-ሜካኒካል ማቀነባበሪያ ቴክኒኮችን መተግበር በተለያዩ የተለያዩ ቁሳቁሶች ሜካኒካል፣ ኬሚካላዊ እና አካላዊ ባህሪያት ላይ ጉልህ መሻሻል አስከትሏል። በተጨማሪም፣ እስካሁን ድረስ ያልተሰሙ ውህዶች በዚህ ወቅት በተሳካ ሁኔታ ተዋህደዋል። እነዚህ ቀጣይነት ያላቸው ጥረቶች አዲስ የፈጠራ ቁሳቁሶች ቤተሰብ ፈጥረዋል፣ እነሱም በአጠቃላይ የላቀ ቁሳቁሶች በመባል ይታወቃሉ። 2. ናኖክሪስታሎች፣ ናኖፓርቲክሎች፣ ናኖቱቦች፣ የኳንተም ነጥቦች፣ ዜሮ-ልኬት፣ አሞርፎስ ሜታል መነጽሮች እና ከፍተኛ-ኢንትሮፒ ቅይጥ ከመጨረሻው ክፍለ ዘመን አጋማሽ ጀምሮ ወደ ዓለም የተገቡ የላቁ ቁሳቁሶች ምሳሌዎች ናቸው። በመጨረሻው ምርት ወይም በምርት መካከለኛ ደረጃዎች ውስጥ ከፍተኛ ባህሪያት ያላቸው አዳዲስ ቅይጥዎችን ሲያመርቱ እና ሲያዳብሩ፣ የውድቀት ችግር ብዙውን ጊዜ ይጨምራል። ከእኩልነት በእጅጉ ለማራቅ አዳዲስ የማምረቻ ቴክኒኮችን በመተግበር ምክንያት፣ ሜታል መነጽር በመባል የሚታወቁ ሙሉ በሙሉ አዲስ የሜታስታብል ቅይጥ ክፍል ተገኝቷል።
በ1960 በካልቴክ ያደረጉት ሥራ በብረት ቅይጥ ጽንሰ-ሀሳብ ላይ አብዮት አምጥቷል፤ ይህም የብርጭቆ Au-25 at.% Si alloysን በሴኮንድ ወደ አንድ ሚሊዮን ዲግሪ በሚጠጋ ፍጥነት ፈሳሾችን በማጠናከር ነው። 4. የፕሮፌሰር ፖል ዱዌዝስ ግኝት ክስተት የብረታ ብረት መነጽር (MG) ታሪክ መጀመሩን ከማስታወሱም በላይ ሰዎች ስለ ብረት ቅይጥ ባላቸው አስተሳሰብ ላይ የፓራዲየም ለውጥ አስከትሏል። በMG ቅይጥ ውህደት ውስጥ ከተደረጉት የመጀመሪያዎቹ ፈር ቀዳጅ ጥናቶች ጀምሮ፣ ሁሉም ማለት ይቻላል የብረት ብርጭቆዎች ሙሉ በሙሉ የተመረቱት ከሚከተሉት ዘዴዎች አንዱን በመጠቀም ነው፤ (i) የቀለጠ ወይም የእንፋሎት ፈጣን ማጠናከሪያ፣ (ii) የላቲስ አቶሚክ መዛባት፣ (iii) በንጹህ የብረት ንጥረ ነገሮች መካከል የጠጣር ሁኔታ አሞርፊዜሽን ምላሾች፣ እና (iv) የሜታስታብል ደረጃዎች የጠጣር ሁኔታ ሽግግሮች።
ኤምጂዎች የሚለዩት ከክሪስታሎች ጋር የተያያዘውን የረጅም ርቀት የአቶሚክ ቅደም ተከተል ባለመኖራቸው ነው፣ ይህም የክሪስታሎች ልዩ ባህሪ ነው። በዛሬው ዓለም፣ በብረታ ብረት መስታወት መስክ ትልቅ እድገት ታይቷል። እነዚህ በጠጣር ሁኔታ ፊዚክስ ብቻ ሳይሆን በብረታ ብረት፣ በገጽታ ኬሚስትሪ፣ በቴክኖሎጂ፣ በባዮሎጂ እና በሌሎችም ብዙ መስኮች ላይ ትኩረት የሚስቡ አስደሳች ባህሪያት ያሏቸው አዳዲስ ቁሳቁሶች ናቸው። ይህ አዲስ የቁሳቁስ አይነት ከጠጣር ብረቶች የተለዩ ባህሪያትን ያሳያል፣ ይህም በተለያዩ መስኮች ለቴክኖሎጂ አፕሊኬሽኖች አስደሳች እጩ ያደርገዋል። አንዳንድ አስፈላጊ ባህሪያት አሏቸው፤ (i) ከፍተኛ የሜካኒካል ተለዋዋጭነት እና የምርት ጥንካሬ፣ (ii) ከፍተኛ መግነጢሳዊ መተላለፊያ፣ (iii) ዝቅተኛ ግፊት፣ (iv) ያልተለመደ የዝገት መቋቋም፣ (v) የሙቀት ነፃነት የ6,7 ኮንዳክሽን።
ሜካኒካል ቅይጥ (MA)1,8 በአንጻራዊነት አዲስ ዘዴ ሲሆን ለመጀመሪያ ጊዜ በ19839 በፕሮፌሰር ሲሲ ኮክ እና ባልደረቦቻቸው አስተዋውቋል። ከክፍል ሙቀት ጋር በጣም ቅርብ በሆነ የሙቀት መጠን የንፁህ ንጥረ ነገሮችን ድብልቅ በመፍጨት አሞርፎስ Ni60Nb40 ዱቄቶችን አዘጋጁ። በተለምዶ፣ የMA ምላሽ የሚከናወነው በሪአክተር ውስጥ በሚገኙ የሪአክታንት ቁስ ዱቄቶች ስርጭት መካከል ሲሆን፣ ብዙውን ጊዜ ከማይዝግ ብረት ወደ ኳስ ወፍጮ 10 (ምስል 1a፣ ለ) የተሰራ ነው። ከዚያን ጊዜ ጀምሮ፣ ይህ በሜካኒካል የሚነሳሳ ጠንካራ-ሁኔታ ምላሽ ቴክኒክ ዝቅተኛ (ምስል 1c) እና ከፍተኛ ኃይል ያለው የኳስ ወፍጮዎችን እንዲሁም የሮድ ወፍጮዎችን11,12,13,14,15,16 በመጠቀም አዳዲስ አሞርፎስ/ሜታልሊክ የመስታወት ቅይጥ ዱቄቶችን ለማዘጋጀት ጥቅም ላይ ውሏል። በተለይም፣ ይህ ዘዴ እንደ Cu-Ta17 ያሉ የማይቀላቀሉ ስርዓቶችን እንዲሁም እንደ Al-Transition metal systems (TM; Zr, Hf, Nb እና Ta)18,19 እና Fe-W20 ያሉ ከፍተኛ የማቅለጫ ነጥብ ቅይጥዎችን ለማዘጋጀት ጥቅም ላይ ውሏል፣ እነዚህም በባህላዊ የዝግጅት መንገዶች ሊገኙ አይችሉም። በተጨማሪም፣ MA የኢንዱስትሪ ደረጃ ናኖክሪስታሊን እና ናኖኮምፖዚት ዱቄት ቅንጣቶችን የብረት ኦክሳይድ፣ ካርቦይድ፣ ናይትሬድ፣ ሃይድሮይድ፣ የካርቦን ናኖቱቦች ለማዘጋጀት በጣም ኃይለኛ ከሆኑ የናኖቴክኖሎጂ መሳሪያዎች አንዱ እንደሆነ ይቆጠራል። ናኖዳይመንዶች፣ እንዲሁም ከላይ ወደ ታች አቀራረብ 1 እና ሜታስቴብል ደረጃዎችን በመጠቀም ሰፊ ማረጋጊያ።
በዚህ ጥናት ውስጥ የCu50(Zr50−xNix) የብረት መስታወት (MG) ሽፋን/SUS 304 ለማዘጋጀት የተጠቀሙበትን የማምረቻ ዘዴ የሚያሳይ ንድፍ።(ሀ) ዝቅተኛ ኃይል ያለው የኳስ መፍጨት ዘዴን በመጠቀም የተለያዩ የNi ክምችት ያላቸው የMG ቅይጥ ዱቄቶችን ማዘጋጀት x (x፤ 10፣ 20፣ 30 እና 40 at.%)።(ሀ) የመነሻ ቁሱ ከመሳሪያ ብረት ኳሶች ጋር በመሳሪያ ሲሊንደር ውስጥ ይጫናል፣ እና (ለ) በHe ከባቢ አየር በተሞላ ጓንት ሳጥን ውስጥ ይዘጋል።(ሐ) በመፍጨት ወቅት የኳስ እንቅስቃሴን የሚያሳይ የመፍጨት ዕቃ ግልጽ ሞዴል። ከ50 ሰዓታት በኋላ የተገኘው የዱቄት የመጨረሻ ምርት በቀዝቃዛው የሚረጭ ዘዴ (መ) በመጠቀም የSUS 304 ንጣፍን ለመሸፈን ጥቅም ላይ ውሏል።
የጅምላ ቁሶችን (ንዑስ ክፍሎች) በተመለከተ፣ የገጽታ ምህንድስና በዋናው የጅምላ ቁሳቁስ ውስጥ ያልተካተቱ የተወሰኑ አካላዊ፣ ኬሚካላዊ እና ቴክኒካዊ ባህሪያትን ለማቅረብ የገጽታዎችን (ንዑስ ክፍሎች) ዲዛይን እና ማሻሻልን ያካትታል። በወለል ህክምናዎች ውጤታማ በሆነ መንገድ ሊሻሻሉ የሚችሉ አንዳንድ ባህሪያት የመሸርሸር መቋቋም፣ የኦክሳይድ እና የዝገት መቋቋም፣ የግጭት ኮፊሸንት፣ ባዮ-ኢነርትነት፣ የኤሌክትሪክ ባህሪያት እና የሙቀት መከላከያን ያካትታሉ፣ ጥቂቶቹን ለመጥቀስ። የወለል ጥራት በብረታ ብረት፣ ሜካኒካል ወይም ኬሚካላዊ ቴክኒኮችን በመጠቀም ሊሻሻል ይችላል። እንደ የታወቀ ሂደት፣ ሽፋን በቀላሉ የሚገለጸው ከሌላ ቁሳቁስ በተሰራ የጅምላ ነገር (ንዑስ ክፍሎች) ገጽ ላይ በሰው ሰራሽ የተቀመጠው ነጠላ ወይም ብዙ የቁስ ንብርብሮች ነው። ስለዚህ፣ ሽፋኖች በከፊል የሚፈለጉትን ቴክኒካዊ ወይም የጌጣጌጥ ባህሪያትን ለማሳካት እንዲሁም ቁሳቁሶችን ከአካባቢው አካባቢ ከሚጠበቁ ኬሚካላዊ እና አካላዊ ግንኙነቶች ለመጠበቅ ጥቅም ላይ ይውላሉ23።
ከጥቂት ማይክሮሜትሮች (ከ10-20 ማይክሮሜትሮች በታች) እስከ 30 ማይክሮሜትሮች ወይም ጥቂት ሚሊሜትር ውፍረት ያላቸው ተስማሚ የወለል መከላከያ ንብርብሮችን ለማስቀመጥ፣ ብዙ ዘዴዎች እና ቴክኒኮች ሊተገበሩ ይችላሉ። በአጠቃላይ፣ የሽፋን ሂደቶች በሁለት ምድቦች ሊከፈሉ ይችላሉ፡ (i) እርጥብ የሽፋን ዘዴዎች፣ ኤሌክትሮፕላቲንግ፣ ኤሌክትሮ-አልባ ፕላቲንግ እና ትኩስ-ዲፕ ጋላቫኒዚንግ ዘዴዎችን ጨምሮ፣ እና (ii) ደረቅ የሽፋን ዘዴዎች፣ ብራዚንግ፣ ወለል፣ አካላዊ የእንፋሎት ክምችት (PVD)፣ የኬሚካል የእንፋሎት ክምችት (CVD)፣ የሙቀት ርጭት ቴክኒኮች እና በቅርብ ጊዜ የቀዝቃዛ ርጭት ቴክኒኮችን ጨምሮ 24 (ምስል 1መ)።
ባዮፊልሞች በማይቀለበስ መልኩ ከገጽታዎች ጋር የተያያዙ እና በራሳቸው የሚመረቱ ከሴል ውጭ ፖሊመሮች (EPS) የተከበቡ የማይክሮባላዊ ማህበረሰቦች ተብለው ይገለፃሉ። በላይኛው በኩል የበሰለ የባዮፊልም ምስረታ በብዙ የኢንዱስትሪ ዘርፎች ውስጥ ከፍተኛ ኪሳራ ሊያስከትል ይችላል፣ ይህም የምግብ ኢንዱስትሪውን፣ የውሃ ስርዓቶችን እና የጤና አጠባበቅ አካባቢዎችን ያካትታል። በሰዎች ውስጥ፣ ባዮፊልሞች ሲፈጠሩ፣ ከ80% በላይ የሚሆኑት የማይክሮባላዊ ኢንፌክሽኖች (ኢንቴሮባክቴሪዬሴ እና ስቴፊሎኮሲን ጨምሮ) ለማከም አስቸጋሪ ናቸው። በተጨማሪም፣ የጎለመሱ ባዮፊልሞች ከፕላንክቶኒክ ባክቴሪያ ሴሎች ጋር ሲነፃፀሩ ለፀረ-ባክቴሪያ ህክምና 1000 እጥፍ የሚቋቋሙ እንደሆኑ ተዘግቧል፣ ይህም እንደ ዋና የሕክምና ፈተና ይቆጠራል። ከባህላዊ ኦርጋኒክ ውህዶች የተገኙ ፀረ-ተሕዋስያን የገጽታ ሽፋን ቁሳቁሶች በታሪክ ጥቅም ላይ ውለዋል። ምንም እንኳን እንደዚህ ያሉ ቁሳቁሶች ብዙውን ጊዜ ለሰዎች አደገኛ ሊሆኑ የሚችሉ መርዛማ ክፍሎችን ቢይዙም፣ 25,26 የባክቴሪያ ስርጭትን እና የቁሳቁስ ውድመትን ለማስወገድ ይረዳል።
በባዮፊልም ምስረታ ምክንያት ባክቴሪያዎች ለአንቲባዮቲክ ሕክምናዎች ሰፊ የመቋቋም አቅም መኖሩ ደህንነቱ በተጠበቀ ሁኔታ ሊተገበር የሚችል ውጤታማ የፀረ-ተህዋሲያን ሽፋን ሽፋን ያለው ወለል ማዘጋጀት አስፈላጊ ሆኗል27. የባክቴሪያ ሴሎች በማጣበቅ ምክንያት ባዮፊልሞችን እንዳያስሩ እና እንዳይገነቡ የሚከለከሉበት አካላዊ ወይም ኬሚካላዊ ፀረ-ተጣባቂ ወለል ልማት በዚህ ሂደት ውስጥ የመጀመሪያው አቀራረብ ነው27. ሁለተኛው ቴክኖሎጂ ፀረ-ተሕዋስያን ኬሚካሎች በሚያስፈልጉበት ቦታ በትክክል እንዲደርሱ የሚያስችሉ ሽፋኖችን ማዘጋጀት ነው፣ በከፍተኛ ክምችት እና በተስተካከሉ መጠኖች። ይህ የሚገኘው እንደ graphene/germanium28፣ black diamond29 እና ​​ZnO-doped diamond-like carbon coatings30 ያሉ ልዩ የሽፋን ቁሳቁሶችን በማዘጋጀት ሲሆን ይህም በባዮፊልም ምስረታ ምክንያት መርዛማነትን እና የመቋቋም እድገትን ከፍ የሚያደርግ ቴክኖሎጂ በእጅጉ ይቀንሳል። በተጨማሪም፣ ከባክቴሪያ ብክለት የረጅም ጊዜ ጥበቃ ለመስጠት ጀርም-ገዳይ ኬሚካሎችን ወደ ቦታዎች የሚያካትቱ ሽፋኖች የበለጠ ተወዳጅ እየሆኑ መጥተዋል። ምንም እንኳን ሦስቱም ሂደቶች በተሸፈኑ ቦታዎች ላይ ፀረ-ተሕዋስያን ተፅእኖዎችን የማምረት አቅም ቢኖራቸውም፣ የአጠቃቀም ስልቶችን ሲያዘጋጁ እያንዳንዳቸው ግምት ውስጥ መግባት ያለባቸው የራሳቸው የውሱንነት ስብስቦች አሏቸው።
በአሁኑ ጊዜ በገበያ ላይ ያሉ ምርቶች ባዮሎጂያዊ ንቁ ንጥረ ነገሮችን ለመተንተን እና ለመፈተሽ በቂ ጊዜ ባለመኖሩ ይስተጓጎላሉ። ኩባንያዎች ምርቶቻቸው ለተጠቃሚዎች የሚፈለጉ ተግባራዊ ገጽታዎችን እንደሚሰጡ ይናገራሉ፤ ሆኖም ግን፣ ይህ በአሁኑ ጊዜ በገበያ ላይ ላሉ ምርቶች ስኬት እንቅፋት ሆኖ ቆይቷል። ከብር የተገኙ ውህዶች አሁን ለተጠቃሚዎች በሚገኙ አብዛኛዎቹ ፀረ-ተሕዋስያን ሕክምናዎች ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላሉ። እነዚህ ምርቶች ተጠቃሚዎችን ከማይክሮባዮኖች አደገኛ ሊሆኑ ከሚችሉ ውጤቶች ለመጠበቅ የተነደፉ ናቸው። የዘገየው ፀረ-ተሕዋስያን ተፅእኖ እና የብር ውህዶች መርዛማነት ተመራማሪዎች ብዙም ጉዳት የሌለው አማራጭ እንዲያዘጋጁ ጫና ያሳድራሉ36,37. በቤት ውስጥም ሆነ ከቤት ውጭ የሚሰራ ዓለም አቀፍ ፀረ-ተሕዋስያን ሽፋን መፍጠር አሁንም ከባድ ስራ እየሆነ መጥቷል። ይህ የሆነበት በጤናም ሆነ በደህንነት ላይ በተያያዙ አደጋዎች ምክንያት ነው። ለሰዎች ብዙም ጉዳት የሌለው ፀረ-ተሕዋስያን ወኪል ማግኘት እና ረዘም ላለ ጊዜ የሚቆይ የመደርደሪያ ሕይወት ባለው የሽፋን ንጣፎች ውስጥ እንዴት ማካተት እንደሚቻል ማወቅ በጣም የሚፈለግ ግብ ነው38. የቅርብ ጊዜ ፀረ-ተሕዋስያን እና ፀረ-ባዮፊልም ቁሳቁሶች በቀጥታ ግንኙነት ወይም ንቁ ወኪል ከተለቀቀ በኋላ ባክቴሪያዎችን በቅርብ ርቀት ለመግደል የተነደፉ ናቸው። ይህንን ማድረግ የሚችሉት የመጀመሪያውን የባክቴሪያ ማጣበቂያ በመከልከል (በወለል ላይ የፕሮቲን ንብርብር መፈጠርን በመከላከል ጨምሮ) ወይም በሴል ግድግዳ ላይ ጣልቃ በመግባት ባክቴሪያዎችን በመግደል ነው።
በመሠረቱ፣ የገጽታ ሽፋን ማለት ከገጽታ ጋር የተያያዙ ባህሪያትን ለማሻሻል በአንድ አካል ወለል ላይ ሌላ ንብርብር የማስቀመጥ ሂደት ነው። የገጽታ ሽፋን ዓላማ የክፍሉን ቅርብ ወለል ማይክሮ መዋቅር እና/ወይም ስብጥር ማስተካከል ነው39. የገጽታ ሽፋን ቴክኒኮች በተለያዩ ዘዴዎች ሊከፈሉ ይችላሉ፣ እነዚህም በምስል 2a ላይ ተጠቃለዋል። ሽፋኖች ሽፋኑን ለመፍጠር በሚውለው ዘዴ ላይ በመመስረት በሙቀት፣ በኬሚካል፣ በአካላዊ እና በኤሌክትሮኬሚካል ምድቦች ሊከፈሉ ይችላሉ።
(ሀ) ለገጹ ጥቅም ላይ የዋሉትን ዋና ዋና የማምረቻ ቴክኒኮችን የሚያሳይ ኢንሴፕት፣ እና (ለ) የቀዝቃዛ ርጭት ቴክኒክን የተመረጡ ጥቅሞች እና ጉዳቶች።
የቀዝቃዛ ስፕሬይ ቴክኖሎጂ ከባህላዊ የሙቀት ስፕሬይ ዘዴዎች ጋር ብዙ ተመሳሳይነቶችን ይጋራል። ሆኖም፣ የቀዝቃዛ ስፕሬይ ሂደትን እና የቀዝቃዛ ስፕሬይ ቁሳቁሶችን ልዩ የሚያደርጉ አንዳንድ ቁልፍ መሠረታዊ ባህሪያትም አሉ። የቀዝቃዛ ስፕሬይ ቴክኖሎጂ አሁንም በጨቅላነቱ ላይ ነው፣ ነገር ግን ብሩህ የወደፊት ጊዜ አለው። በተወሰኑ አፕሊኬሽኖች፣ የቀዝቃዛ ስፕሬይ ልዩ ባህሪያት የተለመዱ የሙቀት ስፕሬይ ዘዴዎች ውስጣዊ ገደቦችን በማሸነፍ ትልቅ ጥቅሞችን ይሰጣሉ። ባህላዊ የሙቀት ስፕሬይ ቴክኖሎጂ ጉልህ ገደቦችን ለማሸነፍ መንገድ ይሰጣል፣ በዚህ ጊዜ ዱቄቱ ወደ ንጣፍ ላይ እንዲገባ መቅለጥ አለበት። በግልጽ ለማየት እንደሚቻለው፣ ይህ ባህላዊ የሽፋን ሂደት እንደ ናኖክሪስታሎች፣ ናኖፓርቲክሎች፣ አሞርፎስ እና ሜታሊክ መነጽሮች ላሉ በጣም የሙቀት ስሜታዊ ቁሳቁሶች ተስማሚ አይደለም።40፣41፣42። በተጨማሪም፣ የሙቀት ስፕሬይ ሽፋን ቁሳቁሶች ሁልጊዜ ከፍተኛ የፖሮሲስ እና ኦክሳይድ ደረጃዎችን ያሳያሉ። የቀዝቃዛ ስፕሬይ ቴክኖሎጂ ከሙቀት ስፕሬይ ቴክኖሎጂ በላይ ብዙ ጉልህ ጥቅሞች አሉት፣ ለምሳሌ (i) ለንጣፉ ዝቅተኛ የሙቀት ግብዓት፣ (ii) በንጣፍ ሽፋን ምርጫዎች ውስጥ ተለዋዋጭነት፣ (iii) የደረጃ ለውጥ እና የእህል እድገት አለመኖር፣ (iv) ከፍተኛ ትስስር ጥንካሬ1,39 (ምስል 2ለ)። በተጨማሪም፣ የቀዝቃዛ ስፕሬይ ሽፋን ቁሳቁሶች ከፍተኛ አላቸው የዝገት መቋቋም፣ ከፍተኛ ጥንካሬ እና ጥንካሬ፣ ከፍተኛ የኤሌክትሪክ ቅልጥፍና እና ከፍተኛ ጥግግት41. ከቀዝቃዛው የመርጨት ሂደት ጥቅሞች በተቃራኒ፣ ይህንን ዘዴ ከመጠቀም ጋር የተያያዙ አንዳንድ ጉዳቶች አሁንም አሉ፣ በስእል 2ለ ላይ እንደሚታየው። እንደ Al2O3፣ TiO2፣ ZrO2፣ WC፣ ወዘተ ያሉ ንጹህ የሴራሚክ ዱቄቶችን ሲሸፍኑ፣ የቀዝቃዛው የመርጨት ዘዴ ጥቅም ላይ ሊውል አይችልም። በሌላ በኩል፣ የሴራሚክ/ብረት ውህድ ዱቄቶች ለሽፋኖች እንደ ጥሬ ዕቃዎች ሊያገለግሉ ይችላሉ። ለሌሎች የሙቀት ርጭት ዘዴዎችም ተመሳሳይ ነው። ውስብስብ ገጽታዎች እና የውስጥ ቱቦዎች ገጽታዎች አሁንም ለመርጨት አስቸጋሪ ናቸው።
የአሁኑ ሥራ የብረት ብርጭቆ ዱቄቶችን እንደ ጥሬ ሽፋን ቁሳቁሶች ለመጠቀም ያለመ በመሆኑ፣ የተለመደው የሙቀት መርጨት ለዚህ ዓላማ ጥቅም ላይ ሊውል እንደማይችል ግልጽ ነው። ይህ የሆነበት ምክንያት የብረት ብርጭቆ ዱቄቶች በከፍተኛ ሙቀት ክሪስታላይዝ ስለሚሆኑ ነው።
በሕክምና እና በምግብ ኢንዱስትሪዎች ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውሉት አብዛኛዎቹ መሳሪያዎች ከኦስቲኒቲክ አይዝጌ ብረት ቅይጥ (SUS316 እና SUS304) የተሰሩ ሲሆን የቀዶ ጥገና መሳሪያዎችን ለማምረት ከ12 እስከ 20 wt% የሆነ የክሮሚየም ይዘት አላቸው። በብረት ቅይጥ ውስጥ እንደ ቅይጥ አካል የክሮሚየም ብረት መጠቀም የመደበኛ የብረት ቅይጥ የዝገት መቋቋምን በእጅጉ ሊያሻሽል እንደሚችል በአጠቃላይ ተቀባይነት አለው። አይዝጌ ብረት ቅይጥ ከፍተኛ የዝገት መቋቋም ቢኖራቸውም ጉልህ የሆነ የፀረ-ተህዋሲያን ባህሪያትን አያሳዩም38,39። ይህ ከከፍተኛ የዝገት መቋቋም ጋር ይቃረናል። ከዚህ በኋላ የኢንፌክሽን እና የብግነት እድገት ሊተነብይ ይችላል፣ ይህም በዋናነት የሚከሰተው በባክቴሪያ ማጣበቂያ እና በአይዝጌ ብረት ባዮማቴሪያሎች ወለል ላይ ቅኝ ግዛት ነው። ከባክቴሪያ ማጣበቂያ እና ከባዮፊልም ምስረታ መንገዶች ጋር በተያያዙ ጉልህ ችግሮች ምክንያት ከፍተኛ ችግሮች ሊፈጠሩ ይችላሉ፣ ይህም ወደ ጤና መበላሸት ሊያመራ ይችላል፣ ይህም በቀጥታም ሆነ በተዘዋዋሪ የሰውን ጤና ሊጎዳ የሚችል ብዙ መዘዝ ሊያስከትል ይችላል።
ይህ ጥናት በኩዌት የሳይንስ እድገት ፋውንዴሽን (KFAS)፣ ኮንትራት ቁጥር 2010-550401 የገንዘብ ድጋፍ የተደረገለት የፕሮጀክት የመጀመሪያ ምዕራፍ ሲሆን፣ የፀረ-ባክቴሪያ ፊልም/SUS304 የወለል መከላከያ ሽፋን ለማምረት የMA ቴክኖሎጂን (ሠንጠረዥ 1) በመጠቀም የብረት ብርጭቆ ኩ-ዚር-ኒ ተርናሪ ዱቄቶችን የማምረት አዋጭነትን ለመመርመር ነው። የፕሮጀክቱ ሁለተኛ ምዕራፍ፣ በጥር 2023 ይጀምራል ተብሎ የሚጠበቀው፣ የስርዓቱን የኤሌክትሮኬሚካል ዝገት ባህሪያት እና ሜካኒካል ባህሪያት በዝርዝር ይመረምራል። ለተለያዩ የባክቴሪያ ዝርያዎች ዝርዝር የማይክሮባዮሎጂ ምርመራዎች ይካሄዳሉ።
በዚህ ጽሑፍ ውስጥ፣ የZr ቅይጥ ንጥረ ነገር ይዘት በመስታወት ምስረታ ችሎታ (GFA) ላይ የሚያሳድረው ተጽዕኖ በሞርፎሎጂካል እና በመዋቅራዊ ባህሪያት ላይ ተመስርቶ ተብራርቷል። በተጨማሪም፣ የተሸፈነው የብረታ ብረት የመስታወት ዱቄት ሽፋን/SUS304 ውህድ ፀረ-ባክቴሪያ ባህሪያትም ተብራርተዋል። በተጨማሪም፣ በተመረቱ የብረታ ብረት የመስታወት ስርዓቶች ውስጥ በቀዝቃዛው ፈሳሽ ክልል ውስጥ በቀዝቃዛ ርጭት ወቅት የሚከሰቱ የብረታ ብረት የመስታወት ዱቄቶች መዋቅራዊ ለውጥ የመከሰት እድልን ለመመርመር የአሁኑ ስራ ተከናውኗል። እንደ ተወካይ ምሳሌዎች፣ Cu50Zr30Ni20 እና Cu50Zr20Ni30 የብረት መስታወት ቅይጥ በዚህ ጥናት ውስጥ ጥቅም ላይ ውለዋል።
በዚህ ክፍል፣ በዝቅተኛ ኃይል ኳስ መፍጨት ውስጥ የኤለመንታል Cu፣ Zr እና Ni ዱቄቶች የሞርፎሎጂ ለውጦች ቀርበዋል። እንደ ምሳሌያዊ ምሳሌዎች፣ Cu50Zr20Ni30 እና Cu50Zr40Ni10ን የያዙ ሁለት የተለያዩ ስርዓቶች እንደ ተወካይ ምሳሌዎች ጥቅም ላይ ይውላሉ። የMA ሂደት በሦስት የተለያዩ ደረጃዎች ሊከፈል ይችላል፣ ይህም በመፍጨት ደረጃ ወቅት በሚመረተው የዱቄት ሜታሎግራፊክ ባህሪ እንደሚታየው (ምስል 3)።
የኳስ መፍጨት ጊዜ በተለያዩ ደረጃዎች በኋላ የተገኙ የሜካኒካል ቅይጥ (MA) ዱቄቶች ሜታሎግራፊክ ባህሪያት። የሜዳ ልቀት ቅኝት ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (FE-SEM) የ3፣ 12 እና 50 ሰዓታት ዝቅተኛ ኃይል ካላቸው የኳስ መፍጨት ጊዜያት በኋላ የተገኙ የMA እና የCu50Zr40Ni10 ዱቄቶች ምስሎች ለCu50Zr20Ni30 ስርዓት በ(a)፣ (c) እና (e) ውስጥ ይታያሉ፣ በተመሳሳይ MA ውስጥ ደግሞ ከጊዜ በኋላ የተወሰዱ የCu50Zr40Ni10 ስርዓት ተጓዳኝ ምስሎች በ(b)፣ (d) እና (f) ውስጥ ይታያሉ።
በኳስ መፍጨት ወቅት፣ ወደ ብረት ዱቄት ሊተላለፍ የሚችለው ውጤታማ የኪነቲክ ኃይል በምስል 1a ላይ እንደሚታየው በመለኪያዎች ጥምረት ይጎዳል። ይህም በኳሶች እና በዱቄቶች መካከል የሚፈጠሩ ግጭቶችን፣ በመፍጨት ሚዲያ መካከል ወይም መካከል የተጣበቀ የዱቄት መጨመሪያ መቆረጥን፣ የወደቁ ኳሶችን ተጽእኖ፣ በሚንቀሳቀሱ የኳስ መፍጫ ሚዲያዎች መካከል በሚፈጠር የዱቄት መጎተት ምክንያት የሚሸረሸር እና የመልበስ እና በሰብል ጭነቶች ውስጥ የሚተላለፉ የድንጋጤ ሞገድን ያካትታል (ምስል 1a)። የኤለመንታል ኩ፣ ዚር እና ኒ ዱቄቶች በMA የመጀመሪያ ደረጃ (3 ሰዓት) በቀዝቃዛ ብየዳ ምክንያት በጣም የተበላሹ በመሆናቸው ትላልቅ የዱቄት ቅንጣቶች (ከ1 ሚሜ ዲያሜትር በላይ) አስከትለዋል። እነዚህ ትላልቅ የተዋሃዱ ቅንጣቶች በምስል 3a፣ለ ላይ እንደሚታየው ወፍራም የቅይጥ ንጥረ ነገሮች (Cu፣ Zr፣ Ni) በመፍጠር ይታወቃሉ። የMA ጊዜን ወደ 12 ሰዓት (መካከለኛ ደረጃ) መጨመር የኳስ ወፍጮው የኪነቲክ ኃይል እንዲጨምር አድርጓል፣ ይህም በምስል 3c፣d ላይ እንደሚታየው የተዋሃደው ዱቄት ወደ ቀጭን ዱቄቶች (ከ200 µm በታች) እንዲበሰብስ አድርጓል። በዚህ ላይ ደረጃ ላይ፣ የተተገበረው የሸር ኃይል በምስል 3c፣d ላይ እንደሚታየው በጥሩ Cu፣ Zr፣ Ni ፍንጭ ንብርብሮች አዲስ የብረት ወለል እንዲፈጠር ያደርጋል። የንብርብር ማሻሻያ ውጤት እንደመሆኑ መጠን፣ ጠንካራ የደረጃ ግብረመልሶች በፍሌክስ በይነገጽ ላይ አዳዲስ ደረጃዎችን ለመፍጠር ይከሰታሉ።
በኤምኤ ሂደት መጨረሻ ላይ (ከ50 ሰዓታት በኋላ)፣ የተቆራረጠው ሜታሎግራፊ በትንሹ ብቻ የሚታይ ነበር (ምስል 3e፣f)፣ ነገር ግን የዱቄቱ የተወለወለ ገጽ የመስታወት ሜታሎግራፊ አሳይቷል። ይህ ማለት የኤምኤ ሂደቱ ተጠናቅቋል እና የአንድ ምላሽ ደረጃ መፈጠር ተከስቷል። በምስል 3e (I፣ II፣ III)፣ f፣ v፣ vi) ውስጥ የተዘረዘሩት ክልሎች ኤለመንታል ስብጥር የሚወሰነው ከኃይል መበታተን ኤክስሬይ ስፔክትሮስኮፒ (EDS) (IV) ጋር በማጣመር የመስክ ልቀት ቅኝት ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (FE-SEM) በመጠቀም ነው።
በሠንጠረዥ 2 ውስጥ፣ የቅይጥ አባሎች ንጥረ ነገሮች ክምችት በምስል 3e፣f ውስጥ በተመረጠው የእያንዳንዱ ክልል አጠቃላይ ክብደት መቶኛ ይታያል። እነዚህን ውጤቶች በሰንጠረዥ 1 ውስጥ ከተዘረዘሩት የ Cu50Zr20Ni30 እና Cu50Zr40Ni10 የመጀመሪያ ስም ውህዶች ጋር ሲያወዳድሩ፣ የእነዚህ ሁለት የመጨረሻ ምርቶች ውህዶች ከስመታዊ ውህደቶች ጋር በጣም ተመሳሳይ እሴቶች እንዳላቸው ማየት ይቻላል። በተጨማሪም፣ በምስል 3e፣f ውስጥ ለተዘረዘሩት ክልሎች አንጻራዊ የክፍል እሴቶች የእያንዳንዱ ናሙና ስብጥር ከአንድ ክልል ወደ ሌላ ጉልህ የሆነ መበላሸት ወይም መለዋወጥን አያመለክቱም። ይህ የሚረጋገጠው ከአንድ ክልል ወደ ሌላ ስብጥር ምንም ለውጥ ባለመኖሩ ነው። ይህ በሰንጠረዥ 2 ላይ እንደሚታየው ተመሳሳይ የሆኑ ቅይጥ ዱቄቶችን ማምረትን ያመለክታል።
የመጨረሻው ምርት Cu50(Zr50−xNix) ዱቄት FE-SEM ማይክሮግራፎች የተገኙት በምስል 4a–d ላይ እንደሚታየው ከ50 MA ጊዜ በኋላ ሲሆን x በቅደም ተከተል 10፣ 20፣ 30 እና 40 at.% ነው። ከዚህ የመፍጨት ደረጃ በኋላ፣ በቫን ደር ዋልስ ተጽእኖ ምክንያት የዱቄት ስብስቦች ይፈጠራሉ፣ ይህም በስእል 4 ላይ እንደሚታየው ከ73 እስከ 126 nm የሚደርሱ ዲያሜትሮች ያላቸው እጅግ በጣም ጥቃቅን ቅንጣቶችን ያካተቱ ትላልቅ ውህዶች እንዲፈጠሩ ምክንያት ሆኗል።
የ50 ሰዓታት የMA ጊዜ ካለፈ በኋላ የተገኙ የCu50(Zr50−xNix) ዱቄቶች ሞርፎሎጂካል ባህሪያት። ለCu50Zr40Ni10፣ Cu50Zr30Ni20፣ Cu50Zr20Ni30፣ Cu50Zr10Ni40 ስርዓቶች፣ ከ50 MA ጊዜ በኋላ የተገኙት ዱቄቶች የFE-SEM ምስሎች በቅደም ተከተል በ(a)፣ (b)፣ (c) እና (d) ውስጥ ይታያሉ።
ዱቄቶቹን በቀዝቃዛ የሚረጭ መጋቢ ውስጥ ከመጫንዎ በፊት፣ በመጀመሪያ ለ15 ደቂቃዎች በትንታኔ ደረጃ ኤታኖል ውስጥ ተለጥፈው ከዚያም በ150°ሴ ለ2 ሰዓታት ደርቀዋል። ይህ እርምጃ ብዙውን ጊዜ በሽፋን ሂደቱ ውስጥ ብዙ ጉልህ ችግሮችን የሚፈጥረውን ውህደት በተሳካ ሁኔታ ለመዋጋት መወሰድ አለበት። የMA ሂደቱ ከተጠናቀቀ በኋላ፣ የቅይጥ ዱቄቶችን ተመሳሳይነት ለመመርመር ተጨማሪ ባህሪያት ተደርገዋል። ምስል 5a–d በቅደም ተከተል የCu50Zr30Ni20 ቅይጥ የCu50Zr30Ni20 ቅይጥ የFE-SEM ማይክሮግራፎችን እና ተዛማጅ የEDS ምስሎችን ያሳያል፣ ከ50 ሰዓታት M ጊዜ በኋላ የተገኙት። ከዚህ ደረጃ በኋላ የሚመረቱ የቅይጥ ዱቄቶች ተመሳሳይነት ያላቸው መሆናቸውን ልብ ሊባል ይገባል፣ ምክንያቱም በስእል 5 እንደሚታየው ከንዑስ ናኖሜትር ደረጃ በላይ ምንም አይነት የቅንብር መለዋወጥ አያሳዩም።
ሞርፎሎጂ እና የMG Cu50Zr30Ni20 ዱቄት አካባቢያዊ ኤለመንታል ስርጭት በFE-SEM/energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) ከ50 MA ጊዜ በኋላ ተገኝቷል።(a) የSEM እና የኤክስሬይ EDS ካርታ (b) Cu-Kα፣ (c) Zr-Lα እና (d) Ni-Kα ምስሎች።
በሜካኒካል ቅይጥ የተሰሩ የCu50Zr40Ni10፣ Cu50Zr30Ni20፣ Cu50Zr20Ni30 እና Cu50Zr20Ni30 ዱቄቶች የXRD ቅጦች በምስል 6a-d በቅደም ተከተል ይታያሉ። ከዚህ የመፍጨት ደረጃ በኋላ፣ የተለያዩ የZr ክምችቶች ያላቸው ሁሉም ናሙናዎች በምስል 6 ላይ የሚታዩት ባህሪ ያላቸው የHalo ስርጭት ቅጦች ያላቸው አሞርፎስ መዋቅሮችን አሳይተዋል።
የXRD ቅጦች (ሀ) Cu50Zr40Ni10፣ (ለ) Cu50Zr30Ni20፣ (ሐ) Cu50Zr20Ni30 እና (መ) Cu50Zr20Ni30 ዱቄቶች ከ50 ሰዓታት MA ጊዜ በኋላ። ሁሉም ናሙናዎች ያለ ምንም ልዩነት የሃሎ ስርጭት ንድፍ አሳይተዋል፣ ይህም አሞርፎስ ምዕራፍ መፈጠርን ያመለክታል።
የመስክ ልቀት ከፍተኛ ጥራት ያለው ማስተላለፊያ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (FE-HRTEM) መዋቅራዊ ለውጦችን ለመመልከት እና በተለያዩ የMA ጊዜያት ከኳስ መፍጨት የሚመጡትን ዱቄቶች የአካባቢ መዋቅር ለመረዳት ጥቅም ላይ ውሏል። ለ Cu50Zr30Ni20 እና Cu50Zr40Ni10 ዱቄቶች የመጀመሪያ (6 ሰዓታት) እና መካከለኛ (18 ሰዓታት) የመፍጨት ደረጃዎች በኋላ የተገኙት የ FE-HRTEM ምስሎች በቅደም ተከተል በምስል 7a,c ላይ ይታያሉ። ከ MA6 ሰዓታት በኋላ በሚመረተው የዱቄት ብሩህ የመስክ ምስል (BFI) መሠረት ዱቄቱ የ fcc-Cu፣ hcp-Zr እና fcc-Ni ንጥረ ነገሮች በሚገባ የተገለጹ ወሰኖች ካሏቸው ትላልቅ እህሎች የተዋቀረ ሲሆን በምስል 7a ላይ እንደሚታየው የምላሽ ደረጃው መፈጠሩን የሚያሳይ ምንም ምልክት የለም። በተጨማሪም፣ ከ (a) መካከለኛ ክልል የተወሰደው የተቆራኘው የተመረጠው የአካባቢ ዲፍራክሽን ንድፍ (SADP) የ cusp diffraction ንድፍ (ምስል 7ለ) አሳይቷል፣ ይህም ትላልቅ ክሪስታላይቶች መኖራቸውን እና የምላሽ ደረጃ አለመኖርን ያሳያል።
ከመጀመሪያ (6 ሰዓት) እና መካከለኛ (18 ሰዓት) ደረጃዎች በኋላ የተገኘው የMA ዱቄት የአካባቢ መዋቅራዊ ባህሪ።(ሀ) የመስክ ልቀት ከፍተኛ ጥራት ያለው የትራንስሚሽን ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (FE-HRTEM)፣ እና (ለ) ለ6 ሰዓታት የMA ሕክምና ከተደረገ በኋላ የCu50Zr30Ni20 ዱቄት ተዛማጅ የተመረጠው የቦታ ዲፍራክሽን ንድፍ (SADP)። ከ18 ሰዓት የMA ጊዜ በኋላ የተገኘው የCu50Zr40Ni10 የFE-HRTEM ምስል በ (ሐ) ውስጥ ይታያል።
በምስል 7ሐ ላይ እንደሚታየው፣ የMA ጊዜን ወደ 18 ሰዓታት ማራዘም ከፕላስቲክ መበላሸት ጋር ተጣምሮ ከባድ የላቲስ ጉድለቶችን አስከትሏል። በዚህ የMA ሂደት መካከለኛ ደረጃ ላይ፣ ዱቄቱ የተለያዩ ጉድለቶችን ያሳያል፣ ይህም የመደራረብ ጉድለቶችን፣ የላቲስ ጉድለቶችን እና የነጥብ ጉድለቶችን ጨምሮ (ምስል 7)። እነዚህ ጉድለቶች ትላልቅ እህሎች በእህል ወሰኖቻቸው ላይ ከ20 nm በታች መጠን ባላቸው ንዑስ እህሎች እንዲከፈሉ ያደርጋሉ (ምስል 7ሐ)።
ለ36 ሰዓታት MA ጊዜ የተፈጨው የCu50Z30Ni20 ዱቄት አካባቢያዊ መዋቅር በአሞርፎስ ጥሩ ማትሪክስ ውስጥ የተካተቱ እጅግ በጣም ጥሩ ናኖግራይን መፈጠርን ያሳያል፣ በምስል 8a ላይ እንደሚታየው። የአካባቢ EDS ትንተና እንደሚያሳየው በምስል 8a ላይ የሚታዩት እነዚያ ናኖክላስቶች ካልተቀነባበሩ የCu፣ Zr እና Ni ዱቄት ቅይጥ አካላት ጋር የተቆራኙ ናቸው። በተመሳሳይ ጊዜ የማትሪክስ የCu ይዘት ከ ~32 at.% (ዘንበል ያለ አካባቢ) ወደ ~74 at.% (የበለፀገ አካባቢ) ተቀይሯል፣ ይህም የተለያዩ ምርቶችን መፈጠርን ያሳያል። በተጨማሪም፣ በዚህ ደረጃ ከተፈጨ በኋላ የተገኙት ዱቄቶች ተጓዳኝ SADPs በምስል 8b ላይ እንደሚታየው ከእነዚያ ጥሬ ቅይጥ አካላት ጋር የተያያዙ ሹል ነጥቦችን የሚደራረቡ የአሞርፎስ ደረጃ ሃሎ-ዲፊሹንግ የመጀመሪያ እና ሁለተኛ ደረጃ ቀለበቶችን ያሳያሉ።
ከ36 h-Cu50Zr30Ni20 ዱቄት ናኖስካሌል የአካባቢ መዋቅራዊ ባህሪያት በላይ።(ሀ) ብሩህ የመስክ ምስል (BFI) እና ተዛማጅ (ለ) ለ36 ሰዓታት MA ጊዜ ከተፈጨ በኋላ የተገኘ የCu50Zr30Ni20 ዱቄት SADP።
በMA ሂደት መጨረሻ (50 ሰዓት) አካባቢ፣ Cu50(Zr50−xNix)፣ X፤ 10፣ 20፣ 30 እና 40 at.% ዱቄቶች በምስል 9a–d ላይ እንደሚታየው ሁልጊዜ የላቢሪንቲን አሞርፎስ ፎዝ ሞርፎሎጂ አላቸው። በእያንዳንዱ ቅንብር ተጓዳኝ SADP ውስጥ፣ እንደ ነጥብ የሚመስሉ ዲፍራክሽኖችም ሆኑ ስለታም የዓንጸባራቂ ቅጦች ሊገኙ አልቻሉም። ይህ የሚያመለክተው ያልተሰራ ክሪስታሊን ብረት አለመኖሩን ነው፣ ይልቁንም አሞርፎስ ቅይጥ ዱቄት መፈጠሩን ነው። እነዚህ የሃሎ ስርጭት ቅጦችን የሚያሳዩ ተዛማጅ SADPዎች በመጨረሻው የምርት ቁሳቁስ ውስጥ አሞርፎስ ፎዞችን ለማዳበር እንደ ማስረጃ ሆነው አገልግለዋል።
የMG Cu50 (Zr50−xNix) ስርዓት የመጨረሻ ውጤት የአካባቢ መዋቅር። FE-HRTEM እና የ(a) Cu50Zr40Ni10፣ (b) Cu50Zr30Ni20፣ (c) Cu50Zr20Ni30 እና (d) ከ50 ሰዓታት MA በኋላ የተገኘው Cu50Zr10Ni40 ተዛማጅነት ያላቸው ናኖቢም ዲፍራክሽን ቅጦች (NBDP)።
የመስታወት ሽግግር ሙቀት (Tg)፣ የቀዘቀዘ ፈሳሽ ክልል (ΔTx) እና የክሪስታላይዜሽን ሙቀት (Tx) የሙቀት መረጋጋት እንደ አሞርፎስ Cu50(Zr50−xNix) ስርዓት የNi ይዘት (x) ተግባር ተፈትኗል። በ He ጋዝ ፍሰት ስር ባሉ ባህሪያት ልዩነት ቅኝት ካሎሪሜትሪ (DSC) በመጠቀም። የ50 ሰዓታት MA ጊዜ ከ50 ሰዓታት በኋላ የተገኙት የCu50Zr40Ni10፣ Cu50Zr30Ni20 እና Cu50Zr10Ni40 አሞርፎስ ቅይጥ ዱቄቶች የDSC ዱካዎች በቅደም ተከተል በምስል 10a፣ b፣ e ላይ ይታያሉ። የአሞርፎስ Cu50Zr20Ni30 የDSC ኩርባ በምስል 10c ላይ በተናጠል ይታያል። ይህ በእንዲህ እንዳለ፣ በDSC ውስጥ እስከ ~700 °C የሚሞቅ የCu50Zr30Ni20 ናሙና በምስል 10d ላይ ይታያል።
የCu50(Zr50−xNix) MG ዱቄቶች የሙቀት መረጋጋት ከ50 ሰዓታት በኋላ የተገኙት የMA ጊዜ፣ በመስታወት ሽግግር ሙቀት (Tg)፣ በክሪስታላይዜሽን ሙቀት (Tx) እና በንዑስ የቀዘቀዘ ፈሳሽ ክልል (ΔTx) እንደተገለጸው። የ(a) Cu50Zr40Ni10፣ (b) Cu50Zr30Ni20፣ (c) Cu50Zr20Ni30 እና (e) Cu50Zr10Ni40 MG ቅይጥ ዱቄቶች የሙቀት መረጋጋት ከ50 ሰዓታት በኋላ የMA ጊዜ። በDSC ውስጥ እስከ ~700 °C የሚሞቅ የCu50Zr30Ni20 ናሙና የኤክስሬይ ዲፍራክሽን (XRD) ንድፍ በ (d) ውስጥ ይታያል።
በስእል 10 ላይ እንደሚታየው፣ የተለያዩ የኒ ክምችት (x) ያላቸው የሁሉም ውህዶች የDSC ኩርባዎች ሁለት የተለያዩ ጉዳዮችን ያመለክታሉ፣ አንደኛው ኢንዶተርሚክ እና ሌላኛው ኤክሶተርሚክ። የመጀመሪያው ኢንዶተርሚክ ክስተት ከTg ጋር ይዛመዳል፣ ሁለተኛው ደግሞ ከTx ጋር የተያያዘ ነው። በTg እና Tx መካከል ያለው አግድም ስፓን ክልል ንዑስ የቀዘቀዘ ፈሳሽ ክልል (ΔTx = Tx - Tg) ይባላል። ውጤቶቹ እንደሚያሳዩት በ526°ሴ እና 612°ሴ ላይ የተቀመጠው የCu50Zr40Ni10 ናሙና (ምስል 10a) Tg እና Tx፣ ይዘቱን (x) ወደ 20 at.% ወደ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ጎን ወደ 482°ሴ እና 563°ሴ ያዛውረዋል፣ በቅደም ተከተል፣ በምስል 10ለ እንደሚታየው። በዚህም ምክንያት፣ የCu50Zr40Ni10 ΔTx ከ86°ሴ (ምስል 10a) ወደ 81°ሴ ለCu50Zr30Ni20 ይቀንሳል (ምስል 1) 10b)። ለ MG Cu50Zr40Ni10 ቅይጥ፣ የ Tg፣ Tx እና ΔTx እሴቶች ወደ 447°C፣ 526°C እና 79°C ደረጃ ዝቅ እንደሚሉም ተስተውሏል (ምስል 10ለ)። ይህ የሚያሳየው የNi ይዘት መጨመር የ MG ቅይጥ የሙቀት መረጋጋትን እንደሚቀንስ ነው። በተቃራኒው፣ የ MG Cu50Zr20Ni30 ቅይጥ የ Tg እሴት (507°C) ከ MG Cu50Zr40Ni10 ቅይጥ ያነሰ ነው፤ ሆኖም፣ የ Tx ውህዱ ከቀዳሚው (612°C) ጋር ተመጣጣኝ እሴት ያሳያል። ስለዚህ፣ ΔTx በምስል 10c ላይ እንደሚታየው ከፍ ያለ እሴት (87°C) ያሳያል።
የMG Cu50(Zr50−xNix) ስርዓት፣ የMG Cu50Zr20Ni30 ቅይጥ እንደ ምሳሌ በመውሰድ፣ በሹል የውጪ ሙቀት ጫፍ በኩል ወደ fcc-ZrCu5፣ orthorhombic-Zr7Cu10 እና orthorhombic-ZrNi (ምስል 10c) ክሪስታላይዝድ ይሄዳል። ይህ የማይመስል ወደ ክሪስታላይን የደረጃ ሽግግር በኤምጂ ናሙና XRD ተረጋግጧል (ምስል 10d)፣ ይህም በDSC ውስጥ እስከ 700 °C ድረስ ሞቋል።
ምስል 11 በአሁኑ ሥራ ላይ በተከናወነው ቀዝቃዛ የመርጨት ሂደት ወቅት የተነሱ ፎቶግራፎችን ያሳያል። በዚህ ጥናት፣ ከ50 ሰዓታት በኋላ (Cu50Zr20Ni30ን እንደ ምሳሌ በመውሰድ) የተዋሃዱ የብረት መስታወት መሰል የዱቄት ቅንጣቶች እንደ ፀረ-ባክቴሪያ ጥሬ ዕቃዎች ጥቅም ላይ ውለዋል፣ እና የማይዝግ ብረት ሳህን (SUS304) በቀዝቃዛ የመርጨት ቴክኖሎጂ ተሸፍኗል። የቀዝቃዛው የመርጨት ዘዴ የተመረጠው በሙቀት ርጭት ቴክኖሎጂ ተከታታይ ውስጥ ለመሸፈን ነው ምክንያቱም በሙቀት ርጭት ተከታታይ ውስጥ በጣም ቀልጣፋው ዘዴ ስለሆነ እና እንደ አሞርፎስ እና ናኖክሪስታሊን ዱቄቶች ላሉ ለብረት ሜታስታብሊክ የሙቀት መጠን ስሜታዊ ቁሳቁሶች ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል፣ እነዚህም ለደረጃ ሽግግሮች ተገዢ አይደሉም። ይህ ይህንን ዘዴ ለመምረጥ ዋናው ምክንያት ነው። የቀዝቃዛው የመርጨት ሂደት የሚከናወነው ከፍተኛ ፍጥነት ያላቸውን ቅንጣቶች በመጠቀም የንጥረ ነገሮችን ኪኔቲክ ኃይል ወደ ፕላስቲክ መበላሸት፣ ውጥረት እና ሙቀት በመቀየር ከንጥረ ነገር ወይም ቀደም ሲል ከተቀመጡ ቅንጣቶች ጋር ሲነካኩ ነው።
የመስክ ፎቶዎች ለአምስት ተከታታይ የMG ሽፋን/SUS 304 ዝግጅቶች በ550°ሴ ጥቅም ላይ የዋለውን የቀዝቃዛ ርጭት ሂደት ያሳያሉ።
የንጥረ ነገሮች ኪነቲክ ኃይል፣ እና በዚህም ምክንያት በሽፋን ምስረታ ውስጥ ያለው የእያንዳንዱ ቅንጣት ሞመንተም፣ እንደ ፕላስቲክ መበላሸት (በንጥረ ነገር እና በቅንጣት መስተጋብር ውስጥ የመጀመሪያ ቅንጣት እና ቅንጣት-ቅንጣት መስተጋብር) ባሉ ዘዴዎች ወደ ሌሎች የኃይል ዓይነቶች መለወጥ አለበት፣ ባዶነት፣ ቅንጣት-ቅንጣት ሽክርክር፣ ውጥረት እና በመጨረሻም ሙቀት 39. በተጨማሪም፣ ሁሉም የሚመጣ የኪነቲክ ኃይል ወደ ሙቀት እና ውጥረት ኃይል ካልተቀየረ፣ ውጤቱ የመለጠጥ ግጭት ነው፣ ይህም ማለት ቅንጣቶቹ ከተፅዕኖ በኋላ በቀላሉ ይመለሳሉ ማለት ነው። በቅንጣት/ንጥረ ነገር ላይ የሚተገበረው 90% የሚሆነው የተፅዕኖ ኃይል ወደ አካባቢያዊ ሙቀት እንደሚቀየር ተጠቁሟል 40. በተጨማሪም፣ የተፅዕኖ ውጥረት ሲተገበር፣ ከፍተኛ የፕላስቲክ የጭንቀት መጠን በእውቂያ ቅንጣት/ንጥረ ነገር ክልል ውስጥ በአጭር ጊዜ ውስጥ ይገኛል41,42።
የፕላስቲክ መበላሸት በአጠቃላይ የኃይል መበታተን ሂደት ወይም በተለይም በኢንተርፌሻል ክልል ውስጥ የሙቀት ምንጭ ተደርጎ ይቆጠራል። ሆኖም ግን፣ በኢንተርፌሻል ክልል ውስጥ ያለው የሙቀት መጨመር ብዙውን ጊዜ የፊት ለፊት መቅለጥን ለመፍጠር ወይም የአቶሚክ መበታተንን በከፍተኛ ሁኔታ ለማበረታታት በቂ አይደለም። የእነዚህ የብረት ብርጭቆ ዱቄቶች ባህሪያት ቀዝቃዛ የሚረጩ ዘዴዎች ጥቅም ላይ ሲውሉ በሚከሰቱ የዱቄት ማጣበቂያ እና ክምችት ላይ ያላቸውን ተጽእኖ ለደራሲዎቹ የሚያውቅ ምንም ህትመት የለም።
የ MG Cu50Zr20Ni30 ቅይጥ ዱቄት BFI በምስል 12a ላይ ይታያል፣ እሱም በSUS 304 ንጣፍ ላይ ተሸፍኗል (ምስል 11፣ 12b)። ከስዕሉ እንደሚታየው፣ የተሸፈኑት ዱቄቶች ምንም አይነት ክሪስታሊን ባህሪያት ወይም የላቲስ ጉድለቶች ሳይኖሩባቸው ስስ የሆነ የላቢሪንት መዋቅር ስላላቸው የመጀመሪያውን አሞርፎስ መዋቅራቸውን ይጠብቃሉ። በሌላ በኩል ደግሞ፣ በ MG-coated powder matrix ውስጥ በተካተቱት ናኖፓርቲክሎች እንደተጠቆመው፣ ውጫዊ ምዕራፍ መኖሩን ያሳያል። ምስል 12c ከክልል I ጋር የተያያዘውን ኢንዴክስ የተደረገለትን ናኖቢም ዲፍራክሽን ንድፍ (NBDP) ያሳያል (ምስል 12a)። በምስል 12c ላይ እንደሚታየው፣ NBDP ደካማ የሆነ የአሞርፎስ መዋቅር ሃሎ ስርጭት ንድፍ ያሳያል እና ከክሪስታል ትልቅ ኩቢክ Zr2Ni ሜታስታብል ፕላስ ቴትራጎናል CuO ደረጃ ጋር የሚዛመዱ ሹል ጥገናዎች አሉት። የ CuO ምስረታ ከሚረጨው ሽጉጥ አፍንጫ ወደ SUS ሲጓዙ በዱቄቱ ኦክሳይድ ምክንያት ሊሆን ይችላል። 304 በሱፐርሶኒክ ፍሰት ስር በክፍት አየር ውስጥ። በሌላ በኩል ደግሞ የብረታ ብረት ብርጭቆ ዱቄቶች ዲቲርፊኬሽን በ550°ሴ ለ30 ደቂቃ በቀዝቃዛ ስፕሬይ ህክምና ከተደረገ በኋላ ትላልቅ ኩብ ደረጃዎች እንዲፈጠሩ አድርጓል።
(ሀ) በ (ለ) SUS 304 ንጣፍ (የምስል ማስገቢያ) ላይ የተሸፈነ የMG ዱቄት FE-HRTEM ምስል። በ (a) ውስጥ የሚታየው የክብ ምልክት NBDP መረጃ ጠቋሚ በ (c) ውስጥ ይታያል።
ትላልቅ ኩብ Zr2Ni ናኖፓርቲክሎች እንዲፈጠሩ የሚያስችል እምቅ ዘዴን ለማረጋገጥ፣ ገለልተኛ ሙከራ ተካሂዷል። በዚህ ሙከራ፣ ዱቄቶቹ በ550°ሴ ከሚረጭ ሽጉጥ በSUS 304 ንጣፍ አቅጣጫ ተረጩ፤ ሆኖም ግን፣ የዱቄቶቹን የማጥበቂያ ውጤት ለማብራራት፣ በተቻለ ፍጥነት ከSUS304 ስትሪፕ ተወግደዋል (60 ሰከንዶች ያህል)። ሌላ የሙከራ ስብስብ ተካሂዷል፣ በዚህ ሙከራ ውስጥ ዱቄት ከተከማቸ በኋላ ከ180 ሰከንዶች በኋላ ከንጥረ ነገሩ ተወግዷል።
ምስሎች 13a,b በቅደም ተከተል ለ60 ሰከንድ እና ለ180 ሰከንድ በSUS 304 ንጣፎች ላይ የተቀመጡ ሁለት የተረጩ ቁሳቁሶችን በትራንስሚሽን ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (STEM) በመቃኘት የተገኙ የጨለማ መስክ ምስሎችን (DFI) ያሳያሉ። ለ60 ሰከንድ የተቀመጠው የዱቄት ምስል ምንም አይነት የሞርፎሎጂ ዝርዝር የለውም፣ ይህም ባህሪ የሌለው መሆኑን ያሳያል (ምስል 13a)። ይህ በXRD ተረጋግጧል፣ ይህም በምስል 14a ላይ በሚታየው ሰፊ የመጀመሪያ እና ሁለተኛ ደረጃ ዲፍራክሽን ማክሲማ እንደሚታየው የእነዚህ ዱቄቶች አጠቃላይ መዋቅር አሞርፎስ መሆኑን አመልክቷል። እነዚህ ዱቄቱ የመጀመሪያውን አሞርፎስ መዋቅር የሚይዝበት የሜታስቴብል/ሜሶፋዝ ዝናብ አለመኖርን ያመለክታሉ። በተቃራኒው፣ ዱቄቱ በተመሳሳይ የሙቀት መጠን (550 °C) የተረጨ ቢሆንም፣ በንጣፉ ላይ ለ180 ሰከንድ የተተወው ናኖ መጠን ያላቸው እህሎች ዝናብ አሳይተዋል፣ በምስል 13ለ ላይ ባሉት ቀስቶች እንደተጠቆመው።