Nature.com-এ আসার জন্য আপনাকে ধন্যবাদ। আপনি যে ব্রাউজার সংস্করণটি ব্যবহার করছেন তাতে CSS-এর সীমিত সমর্থন রয়েছে। সর্বোত্তম অভিজ্ঞতার জন্য, আমরা আপনাকে একটি হালনাগাদ ব্রাউজার ব্যবহার করার (অথবা ইন্টারনেট এক্সপ্লোরারে কম্প্যাটিবিলিটি মোড বন্ধ করার) পরামর্শ দিচ্ছি। আপাতত, নিরবচ্ছিন্ন সমর্থন নিশ্চিত করার জন্য, আমরা স্টাইল এবং জাভাস্ক্রিপ্ট ছাড়াই সাইটটি প্রদর্শন করব।
দীর্ঘস্থায়ী সংক্রমণের বিকাশে বায়োফিল্ম একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান, বিশেষ করে যখন চিকিৎসা সরঞ্জাম জড়িত থাকে। এই সমস্যাটি চিকিৎসা সম্প্রদায়ের জন্য একটি বিশাল চ্যালেঞ্জ, কারণ প্রচলিত অ্যান্টিবায়োটিক খুব সীমিত পরিমাণে বায়োফিল্ম নির্মূল করতে পারে। বায়োফিল্ম গঠন প্রতিরোধের ফলে বিভিন্ন আবরণ পদ্ধতি এবং নতুন উপকরণের বিকাশ ঘটেছে। এই পদ্ধতিগুলোর লক্ষ্য হলো পৃষ্ঠতলকে এমনভাবে আবৃত করা যা বায়োফিল্ম গঠনকে বাধা দেয়। ধাতব কাচজাতীয় সংকর, বিশেষ করে যেগুলোতে তামা এবং টাইটানিয়াম ধাতু থাকে, সেগুলো আদর্শ জীবাণুনাশক আবরণ হিসেবে আবির্ভূত হয়েছে। একই সাথে, কোল্ড স্প্রে প্রযুক্তির ব্যবহার বৃদ্ধি পেয়েছে কারণ এটি তাপমাত্রা-সংবেদনশীল উপকরণ প্রক্রিয়াকরণের জন্য একটি উপযুক্ত পদ্ধতি। এই গবেষণার অন্যতম উদ্দেশ্য ছিল যান্ত্রিক সংকরীকরণ কৌশল ব্যবহার করে ত্রিমাত্রিক Cu-Zr-Ni দ্বারা গঠিত একটি নতুন জীবাণুনাশক ফিল্ম মেটালিক গ্লাস তৈরি করা। চূড়ান্ত পণ্যটি যে গোলাকার গুঁড়ো দিয়ে তৈরি, তা কম তাপমাত্রায় স্টেইনলেস স্টিলের পৃষ্ঠতলে কোল্ড স্প্রে আবরণের জন্য কাঁচামাল হিসেবে ব্যবহৃত হয়। মেটালিক গ্লাস দিয়ে আবৃত পৃষ্ঠতলগুলো স্টেইনলেস স্টিলের তুলনায় বায়োফিল্ম গঠন অন্তত ১ লগ উল্লেখযোগ্যভাবে কমাতে সক্ষম হয়েছে।
মানব ইতিহাস জুড়ে, যেকোনো সমাজই তার নির্দিষ্ট চাহিদা মেটাতে পারে এমন নতুন উপকরণের নকশা তৈরি ও প্রচলন করতে সক্ষম হয়েছে, যার ফলে বিশ্বায়িত অর্থনীতিতে উন্নত কর্মক্ষমতা এবং মর্যাদা অর্জিত হয়েছে। স্বাস্থ্য, শিক্ষা, শিল্প, অর্থনীতি, সংস্কৃতি এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে এক দেশ বা অঞ্চল থেকে অন্য দেশে যে অগ্রগতি সাধিত হয়েছে, তার কারণ হিসেবে সবসময়ই উপকরণ, নির্মাণ সরঞ্জাম এবং উপকরণ নির্মাণ ও বৈশিষ্ট্য নির্ধারণের নকশা তৈরির মানবিক ক্ষমতাকে কৃতিত্ব দেওয়া হয়েছে। দেশ বা অঞ্চল নির্বিশেষে এই অগ্রগতি পরিমাপ করা হয়। বিগত ৬০ বছর ধরে, পদার্থ বিজ্ঞানীরা তাদের সময়ের একটি বড় অংশ একটি প্রধান বিষয়ে নিবদ্ধ রেখেছেন: নতুন এবং অত্যাধুনিক উপকরণের অন্বেষণ। সাম্প্রতিক গবেষণা বিদ্যমান উপকরণের গুণমান ও কর্মক্ষমতা উন্নত করার পাশাপাশি সম্পূর্ণ নতুন ধরনের উপকরণ সংশ্লেষণ ও উদ্ভাবনের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছে।
সংকর উপাদানের সংযোজন, পদার্থের অণুসজ্জার পরিবর্তন এবং তাপীয়, যান্ত্রিক বা তাপ-যান্ত্রিক প্রক্রিয়াকরণ কৌশলের প্রয়োগের ফলে বিভিন্ন ধরণের পদার্থের যান্ত্রিক, রাসায়নিক এবং ভৌত বৈশিষ্ট্যে উল্লেখযোগ্য উন্নতি সাধিত হয়েছে। অধিকন্তু, এই পর্যায়ে পূর্বে অচিন্তনীয় যৌগ সফলভাবে সংশ্লেষিত করা হয়েছে। এই নিরন্তর প্রচেষ্টা এক নতুন শ্রেণীর উদ্ভাবনী পদার্থের জন্ম দিয়েছে, যা সম্মিলিতভাবে উন্নত পদার্থ (Advanced Materials) নামে পরিচিত। ন্যানোক্রিস্টাল, ন্যানো পার্টিকেল, ন্যানোটিউব, কোয়ান্টাম ডট, শূন্য-মাত্রিক, অনিয়তাকার ধাতব কাচ এবং উচ্চ-এনট্রপি সংকর ধাতু হলো গত শতাব্দীর মধ্যভাগ থেকে বিশ্বে প্রবর্তিত উন্নত পদার্থের কয়েকটি উদাহরণ মাত্র। উন্নত বৈশিষ্ট্যসম্পন্ন নতুন সংকর ধাতু উৎপাদন ও বিকাশের সময়, চূড়ান্ত পণ্যে বা এর উৎপাদনের মধ্যবর্তী পর্যায়ে, প্রায়শই ভারসাম্যহীনতার সমস্যা যুক্ত হয়। সাম্যাবস্থা থেকে উল্লেখযোগ্যভাবে বিচ্যুত হওয়ার জন্য নতুন নির্মাণ কৌশল প্রয়োগের ফলে, ধাতব কাচ নামে পরিচিত এক সম্পূর্ণ নতুন শ্রেণীর অস্থিতিশীল সংকর ধাতু আবিষ্কৃত হয়েছে।
১৯৬০ সালে ক্যালটেকে তাঁর কাজ ধাতব সংকর ধারণায় এক বিপ্লব নিয়ে আসে, যখন তিনি প্রতি সেকেন্ডে প্রায় দশ লক্ষ ডিগ্রিতে তরলকে দ্রুত কঠিন করে কাঁচসদৃশ Au-25 at.% Si সংকর সংশ্লেষণ করেন। অধ্যাপক পল ডুভেজের এই আবিষ্কার শুধু ধাতব কাচের (MG) ইতিহাসের সূচনাই করেনি, বরং ধাতব সংকর সম্পর্কে মানুষের চিন্তাভাবনায় একটি আমূল পরিবর্তনও এনেছিল। MG সংকর সংশ্লেষণের প্রথমদিকের অগ্রণী গবেষণাগুলো থেকে, প্রায় সমস্ত ধাতব কাচ নিম্নলিখিত পদ্ধতিগুলোর মধ্যে যেকোনো একটি ব্যবহার করে সম্পূর্ণরূপে উৎপাদিত হয়েছে; (i) গলিত বা বাষ্পের দ্রুত কঠিনীকরণ, (ii) ল্যাটিসের পারমাণবিক বিশৃঙ্খলা, (iii) বিশুদ্ধ ধাতব মৌলগুলোর মধ্যে কঠিন-অবস্থায় অ্যামরফাইজেশন বিক্রিয়া, এবং (iv) মেটাস্টেবল দশার কঠিন-অবস্থায় রূপান্তর।
মেটালিক গ্লাস (MG) ক্রিস্টালের সাথে যুক্ত দীর্ঘ-পরিসরের পারমাণবিক শৃঙ্খলার অভাবের দ্বারা স্বতন্ত্র, যা ক্রিস্টালের একটি সংজ্ঞায়িত বৈশিষ্ট্য। আজকের বিশ্বে, মেটালিক গ্লাসের ক্ষেত্রে ব্যাপক অগ্রগতি সাধিত হয়েছে। এগুলি আকর্ষণীয় বৈশিষ্ট্য সহ নতুন ধরনের উপাদান, যা কেবল কঠিন-অবস্থা পদার্থবিজ্ঞানেই নয়, ধাতুবিদ্যা, পৃষ্ঠ রসায়ন, প্রযুক্তি, জীববিজ্ঞান এবং আরও অনেক ক্ষেত্রেও আগ্রহের বিষয়। এই নতুন ধরনের উপাদান কঠিন ধাতু থেকে স্বতন্ত্র বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে, যা এটিকে বিভিন্ন ক্ষেত্রে প্রযুক্তিগত প্রয়োগের জন্য একটি আকর্ষণীয় প্রার্থী করে তোলে। এদের কিছু গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য রয়েছে; (i) উচ্চ যান্ত্রিক নমনীয়তা এবং ফলন শক্তি, (ii) উচ্চ চৌম্বকীয় প্রবেশ্যতা, (iii) নিম্ন কোয়ার্সিভিটি, (iv) অস্বাভাবিক ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা, (v) তাপমাত্রা নিরপেক্ষতা এবং ৬,৭ পরিবাহিতা।
মেকানিক্যাল অ্যালয়িং (MA)¹⁸ একটি অপেক্ষাকৃত নতুন কৌশল, যা প্রথম ১৯৮৩ সালে অধ্যাপক সি.সি. কক এবং তার সহকর্মীরা প্রবর্তন করেন। তারা কক্ষ তাপমাত্রার খুব কাছাকাছি পরিবেষ্টিত তাপমাত্রায় বিশুদ্ধ মৌলসমূহের একটি মিশ্রণকে চূর্ণ করে অনিয়তাকার Ni₆₀Nb₄₀ পাউডার প্রস্তুত করেছিলেন। সাধারণত, MA বিক্রিয়াটি একটি বল মিল 10 (চিত্র 1a, b)-এ বিক্রিয়ক পদার্থের গুঁড়োর ডিফিউসিভ কাপলিংয়ের মাধ্যমে একটি রিয়্যাক্টরে সম্পন্ন করা হয়, যা সাধারণত স্টেইনলেস স্টিল দিয়ে তৈরি। তখন থেকে, এই যান্ত্রিকভাবে প্ররোচিত কঠিন-অবস্থার বিক্রিয়া কৌশলটি কম (চিত্র 1c) এবং উচ্চ শক্তির বল মিল, সেইসাথে রড মিল11,12,13,14,15, 16 ব্যবহার করে নতুন অ্যামরফাস/মেটালিক গ্লাস অ্যালয় পাউডার প্রস্তুত করতে ব্যবহৃত হয়ে আসছে। বিশেষ করে, এই পদ্ধতিটি Cu-Ta17-এর মতো অমিশ্রণীয় সিস্টেম, সেইসাথে Al-ট্রানজিশন মেটাল সিস্টেম (TM; Zr, Hf, Nb এবং Ta)18,19 এবং Fe-W20-এর মতো উচ্চ গলনাঙ্কের অ্যালয় প্রস্তুত করতে ব্যবহৃত হয়েছে, যা প্রচলিত প্রস্তুতি পদ্ধতি ব্যবহার করে পাওয়া যায় না। অধিকন্তু, MA-কে মেটাল অক্সাইড, কার্বাইড, নাইট্রাইড, হাইড্রাইড, কার্বনের শিল্প-স্তরের ন্যানোক্রিস্টালাইন এবং ন্যানোকম্পোজিট পাউডার কণা তৈরির জন্য সবচেয়ে শক্তিশালী ন্যানোপ্রযুক্তি সরঞ্জামগুলির মধ্যে একটি হিসাবে বিবেচনা করা হয়। ন্যানোটিউব, ন্যানোডায়মন্ড, সেইসাথে একটি টপ-ডাউন পদ্ধতির মাধ্যমে ব্যাপক স্থিতিশীলতা ১ এবং মেটাস্টেবল পর্যায়।
এই গবেষণায় Cu50(Zr50−xNix) মেটালিক গ্লাস (MG) কোটিং/SUS 304 প্রস্তুত করতে ব্যবহৃত ফ্যাব্রিকেশন পদ্ধতির স্কিম্যাটিক চিত্র। (ক) কম শক্তির বল মিলিং কৌশল ব্যবহার করে বিভিন্ন Ni ঘনত্ব x (x; ১০, ২০, ৩০ এবং ৪০ পারমাণবিক শতাংশ) সহ MG অ্যালয় পাউডার প্রস্তুত করা। (ক) প্রাথমিক উপাদানটি টুল স্টিলের বল সহ একটি টুল সিলিন্ডারে লোড করা হয়, এবং (খ) He বায়ুমণ্ডলে পূর্ণ একটি গ্লাভ বক্সে সিল করা হয়। (গ) গ্রাইন্ডিং পাত্রের একটি স্বচ্ছ মডেল যা গ্রাইন্ডিংয়ের সময় বলের গতিবিধি প্রদর্শন করে। ৫০ ঘন্টা পরে প্রাপ্ত পাউডারের চূড়ান্ত পণ্যটি কোল্ড স্প্রে পদ্ধতি ব্যবহার করে SUS 304 সাবস্ট্রেটে কোটিং করার জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল (ঘ)।
যখন কোনো বস্তুর পৃষ্ঠতলের (সাবস্ট্রেট) কথা আসে, তখন সারফেস ইঞ্জিনিয়ারিং বলতে বোঝায় মূল বস্তুতে অনুপস্থিত কিছু নির্দিষ্ট ভৌত, রাসায়নিক এবং প্রযুক্তিগত গুণাবলী প্রদানের জন্য পৃষ্ঠতলের (সাবস্ট্রেট) নকশা ও পরিবর্তন সাধন করা। পৃষ্ঠতল প্রক্রিয়াকরণের মাধ্যমে যে সকল বৈশিষ্ট্য কার্যকরভাবে উন্নত করা যায় তার মধ্যে কয়েকটি হলো ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা, জারণ ও ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা, ঘর্ষণ সহগ, জৈব-নিষ্ক্রিয়তা, বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য এবং তাপ নিরোধক। ধাতুবিদ্যাগত, যান্ত্রিক বা রাসায়নিক কৌশল ব্যবহার করে পৃষ্ঠতলের গুণমান উন্নত করা যেতে পারে। একটি সুপরিচিত প্রক্রিয়া হিসেবে, কোটিং-কে সহজভাবে সংজ্ঞায়িত করা হয় অন্য কোনো উপাদানে তৈরি একটি বস্তুর (সাবস্ট্রেট) পৃষ্ঠতলে কৃত্রিমভাবে জমা করা এক বা একাধিক স্তরের উপাদান হিসেবে। সুতরাং, কোটিং আংশিকভাবে কিছু কাঙ্ক্ষিত প্রযুক্তিগত বা আলংকারিক বৈশিষ্ট্য অর্জনের জন্য, এবং সেইসাথে পারিপার্শ্বিক পরিবেশের সাথে প্রত্যাশিত রাসায়নিক ও ভৌত মিথস্ক্রিয়া থেকে উপাদানকে রক্ষা করার জন্য ব্যবহৃত হয়।
কয়েক মাইক্রোমিটার (১০-২০ মাইক্রোমিটারের নিচে) থেকে ৩০ মাইক্রোমিটারের বেশি বা এমনকি কয়েক মিলিমিটার পর্যন্ত পুরুত্বের উপযুক্ত পৃষ্ঠ সুরক্ষা স্তর জমা করার জন্য, অনেক পদ্ধতি এবং কৌশল প্রয়োগ করা যেতে পারে। সাধারণভাবে, আবরণ প্রক্রিয়াগুলিকে দুটি বিভাগে ভাগ করা যেতে পারে: (i) ভেজা আবরণ পদ্ধতি, যার মধ্যে রয়েছে ইলেক্ট্রোপ্লেটিং, ইলেক্ট্রোলেস প্লেটিং এবং হট-ডিপ গ্যালভানাইজিং পদ্ধতি, এবং (ii) শুকনো আবরণ পদ্ধতি, যার মধ্যে রয়েছে ব্রেজিং, সারফেসিং, ফিজিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন (PVD), কেমিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন (CVD), থার্মাল স্প্রে কৌশল এবং অতি সম্প্রতি কোল্ড স্প্রে কৌশল 24 (চিত্র 1d)।
বায়োফিল্মকে এমন অণুজীব সম্প্রদায় হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা হয় যা পৃষ্ঠতলে অপরিবর্তনীয়ভাবে সংযুক্ত থাকে এবং স্ব-উৎপাদিত এক্সট্রা সেলুলার পলিমার (EPS) দ্বারা পরিবেষ্টিত থাকে। পৃষ্ঠতলে পরিপক্ক বায়োফিল্ম গঠন খাদ্য শিল্প, জল ব্যবস্থা এবং স্বাস্থ্যসেবা পরিবেশ সহ অনেক শিল্প খাতে উল্লেখযোগ্য ক্ষতির কারণ হতে পারে। মানুষের ক্ষেত্রে, যখন বায়োফিল্ম তৈরি হয়, তখন ৮০% এরও বেশি অণুজীব সংক্রমণের (এন্টারোব্যাকটেরিয়াসি এবং স্ট্যাফাইলোকক্কাই সহ) চিকিৎসা করা কঠিন হয়ে পড়ে। অধিকন্তু, পরিপক্ক বায়োফিল্ম প্ল্যাঙ্কটোনিক ব্যাকটেরিয়া কোষের তুলনায় অ্যান্টিবায়োটিক চিকিৎসার বিরুদ্ধে ১০০০ গুণ বেশি প্রতিরোধী বলে জানা গেছে, যা একটি বড় চিকিৎসাগত চ্যালেঞ্জ হিসেবে বিবেচিত হয়। প্রচলিত জৈব যৌগ থেকে প্রাপ্ত অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল সারফেস কোটিং উপাদান ঐতিহাসিকভাবে ব্যবহৃত হয়ে আসছে। যদিও এই ধরনের উপাদানগুলিতে প্রায়শই বিষাক্ত উপাদান থাকে যা মানুষের জন্য সম্ভাব্য ঝুঁকিপূর্ণ, ২৫,২৬ তবুও এটি ব্যাকটেরিয়ার সংক্রমণ এবং উপাদানের ধ্বংস এড়াতে সাহায্য করতে পারে।
বায়োফিল্ম গঠনের কারণে অ্যান্টিবায়োটিক চিকিৎসার বিরুদ্ধে ব্যাকটেরিয়ার ব্যাপক প্রতিরোধের ফলে একটি কার্যকর অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল মেমব্রেন-কোটেড পৃষ্ঠ তৈরির প্রয়োজনীয়তা দেখা দিয়েছে যা নিরাপদে প্রয়োগ করা যেতে পারে। এই প্রক্রিয়ার প্রথম পদ্ধতি হলো একটি ভৌত ​​বা রাসায়নিক অ্যান্টি-অ্যাডহেরেন্ট পৃষ্ঠ তৈরি করা, যেখানে ব্যাকটেরিয়ার কোষগুলো লেগে থাকতে এবং বায়োফিল্ম তৈরি করতে বাধাগ্রস্ত হয়। দ্বিতীয় প্রযুক্তি হলো এমন আবরণ তৈরি করা যা অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল রাসায়নিকগুলোকে অত্যন্ত ঘনীভূত এবং নির্দিষ্ট পরিমাণে, ঠিক যেখানে প্রয়োজন সেখানে পৌঁছে দিতে সক্ষম করে। এটি অর্জন করা হয় গ্রাফিন/জার্মেনিয়াম, ব্ল্যাক ডায়মন্ড এবং ZnO-ডোপড ডায়মন্ড-লাইক কার্বন আবরণের মতো অনন্য আবরণ উপাদান তৈরির মাধ্যমে যা ব্যাকটেরিয়ারোধী। এই প্রযুক্তি বিষাক্ততা সর্বাধিক করে এবং বায়োফিল্ম গঠনের কারণে প্রতিরোধ ক্ষমতা তৈরি হওয়া উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে। এছাড়াও, ব্যাকটেরিয়ার দূষণ থেকে দীর্ঘমেয়াদী সুরক্ষা প্রদানের জন্য পৃষ্ঠে জীবাণুনাশক রাসায়নিক অন্তর্ভুক্ত করে এমন আবরণগুলো আরও জনপ্রিয় হয়ে উঠছে। যদিও এই তিনটি পদ্ধতিই আবৃত পৃষ্ঠে অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল প্রভাব তৈরি করতে সক্ষম, তবে প্রয়োগ কৌশল তৈরির সময় তাদের প্রত্যেকের নিজস্ব সীমাবদ্ধতা রয়েছে যা বিবেচনা করা উচিত।
বর্তমানে বাজারে থাকা পণ্যগুলো জৈবিকভাবে সক্রিয় উপাদানগুলোর জন্য প্রতিরক্ষামূলক আবরণ বিশ্লেষণ ও পরীক্ষা করার জন্য পর্যাপ্ত সময়ের অভাবে বাধাগ্রস্ত হচ্ছে। কোম্পানিগুলো দাবি করে যে তাদের পণ্য ব্যবহারকারীদের কাঙ্ক্ষিত কার্যকরী দিক প্রদান করবে; তবে, এটি বর্তমানে বাজারে থাকা পণ্যগুলির সাফল্যের পথে একটি বাধা হয়ে দাঁড়িয়েছে। বর্তমানে ভোক্তাদের জন্য উপলব্ধ অধিকাংশ অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল থেরাপিতে রূপা থেকে প্রাপ্ত যৌগ ব্যবহৃত হয়। এই পণ্যগুলি ব্যবহারকারীদের অণুজীবের সম্ভাব্য বিপজ্জনক প্রভাব থেকে রক্ষা করার জন্য তৈরি করা হয়েছে। রূপার যৌগগুলির বিলম্বিত অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল প্রভাব এবং এর সাথে সম্পর্কিত বিষাক্ততা গবেষকদের উপর একটি কম ক্ষতিকর বিকল্প তৈরি করার জন্য চাপ বাড়িয়ে দেয়। ঘরের ভিতরে এবং বাইরে উভয় স্থানেই কার্যকর একটি বিশ্বব্যাপী অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল আবরণ তৈরি করা এখনও একটি কঠিন কাজ হিসাবে প্রমাণিত হচ্ছে। এর কারণ হলো স্বাস্থ্য এবং সুরক্ষা উভয়ের সাথেই এর ঝুঁকি জড়িত। মানুষের জন্য কম ক্ষতিকর একটি অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল এজেন্ট আবিষ্কার করা এবং এটিকে দীর্ঘস্থায়ী আবরণের উপাদানে কীভাবে অন্তর্ভুক্ত করা যায় তা বের করা একটি অত্যন্ত আকাঙ্ক্ষিত লক্ষ্য। সর্বশেষ অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল এবং অ্যান্টি-বায়োফিল্ম উপাদানগুলি সরাসরি সংস্পর্শে বা সক্রিয় উপাদানটি নির্গত হওয়ার পরে খুব কাছ থেকে ব্যাকটেরিয়াকে মেরে ফেলার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। তারা প্রাথমিক ব্যাকটেরিয়ার আনুগত্যকে বাধা দিয়ে (পৃষ্ঠে একটি প্রোটিন স্তর তৈরি হওয়াকে প্রতিহত করা সহ) অথবা কোষ প্রাচীরে হস্তক্ষেপ করে ব্যাকটেরিয়াকে মেরে ফেলার মাধ্যমে এটি করতে পারে।
মূলত, সারফেস কোটিং হলো কোনো উপাদানের পৃষ্ঠতলের গুণাবলী উন্নত করার জন্য তার উপর আরেকটি স্তর স্থাপন করার প্রক্রিয়া। সারফেস কোটিং-এর লক্ষ্য হলো উপাদানটির পৃষ্ঠের নিকটবর্তী অঞ্চলের অণুসজ্জা এবং/অথবা গঠনকে প্রয়োজন অনুযায়ী পরিবর্তন করা। সারফেস কোটিং কৌশলগুলোকে বিভিন্ন পদ্ধতিতে ভাগ করা যায়, যা চিত্র ২ক-তে সংক্ষেপে তুলে ধরা হয়েছে। কোটিং তৈরির পদ্ধতির উপর নির্ভর করে, কোটিংগুলোকে তাপীয়, রাসায়নিক, ভৌত এবং তড়িৎ-রাসায়নিক শ্রেণীতে উপবিভক্ত করা যেতে পারে।
(ক) পৃষ্ঠতলটি তৈরিতে ব্যবহৃত প্রধান কৌশলসমূহ দেখানো হয়েছে, এবং (খ) কোল্ড স্প্রে কৌশলের নির্বাচিত কিছু সুবিধা ও অসুবিধা।
কোল্ড স্প্রে প্রযুক্তির সাথে প্রচলিত থার্মাল স্প্রে পদ্ধতির অনেক মিল রয়েছে। তবে, কিছু মূল মৌলিক বৈশিষ্ট্যও রয়েছে যা কোল্ড স্প্রে প্রক্রিয়া এবং কোল্ড স্প্রে উপকরণগুলিকে বিশেষভাবে অনন্য করে তোলে। কোল্ড স্প্রে প্রযুক্তি এখনও শৈশবাবস্থায় রয়েছে, তবে এর একটি উজ্জ্বল ভবিষ্যৎ রয়েছে। নির্দিষ্ট কিছু প্রয়োগের ক্ষেত্রে, কোল্ড স্প্রে-এর অনন্য বৈশিষ্ট্যগুলি সাধারণ থার্মাল স্প্রে পদ্ধতির অন্তর্নিহিত সীমাবদ্ধতাগুলি কাটিয়ে উঠে দারুণ সুবিধা প্রদান করে। এটি প্রচলিত থার্মাল স্প্রে প্রযুক্তির উল্লেখযোগ্য সীমাবদ্ধতাগুলি কাটিয়ে ওঠার একটি উপায় প্রদান করে, যেখানে সাবস্ট্রেটের উপর জমা করার জন্য পাউডারকে অবশ্যই গলাতে হয়। স্পষ্টতই, এই প্রচলিত কোটিং প্রক্রিয়াটি ন্যানোক্রিস্টাল, ন্যানো পার্টিকেল, অ্যামরফাস এবং মেটালিক গ্লাসের মতো অত্যন্ত তাপমাত্রা-সংবেদনশীল উপকরণগুলির জন্য উপযুক্ত নয়। উপরন্তু, থার্মাল স্প্রে কোটিং উপকরণগুলিতে সর্বদা উচ্চ মাত্রার পোরোসিটি এবং অক্সাইড দেখা যায়। থার্মাল স্প্রে প্রযুক্তির তুলনায় কোল্ড স্প্রে প্রযুক্তির অনেক উল্লেখযোগ্য সুবিধা রয়েছে, যেমন (i) সাবস্ট্রেটে ন্যূনতম তাপ প্রয়োগ, (ii) সাবস্ট্রেট কোটিং পছন্দের ক্ষেত্রে নমনীয়তা, (iii) ফেজ রূপান্তর এবং গ্রেইন বৃদ্ধির অনুপস্থিতি, (iv) উচ্চ বন্ড শক্তি (চিত্র 2b)। এছাড়াও, কোল্ড স্প্রে কোটিং উপাদানগুলির উচ্চ ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা, উচ্চ শক্তি এবং কঠোরতা, উচ্চ বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা এবং উচ্চ ঘনত্ব রয়েছে। কোল্ড স্প্রে প্রক্রিয়ার সুবিধার বিপরীতে, এই কৌশলটি ব্যবহার করার এখনও কিছু অসুবিধা রয়েছে, যেমনটি চিত্র 2b-তে দেখানো হয়েছে। Al2O3, TiO2, ZrO2, WC ইত্যাদির মতো বিশুদ্ধ সিরামিক পাউডার লেপ দেওয়ার ক্ষেত্রে কোল্ড স্প্রে পদ্ধতি ব্যবহার করা যায় না। অন্যদিকে, সিরামিক/ধাতু যৌগিক পাউডার লেপের জন্য কাঁচামাল হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। অন্যান্য থার্মাল স্প্রে পদ্ধতির ক্ষেত্রেও একই কথা প্রযোজ্য। জটিল পৃষ্ঠতল এবং পাইপের অভ্যন্তরীণ পৃষ্ঠতলে স্প্রে করা এখনও কঠিন।
যেহেতু বর্তমান কাজের লক্ষ্য হলো ধাতব কাঁচসদৃশ গুঁড়াকে কাঁচামাল আবরণী উপাদান হিসেবে ব্যবহার করা, তাই এটা স্পষ্ট যে এই উদ্দেশ্যে প্রচলিত তাপীয় স্প্রেয়িং ব্যবহার করা যাবে না। এর কারণ হলো ধাতব কাঁচসদৃশ গুঁড়া উচ্চ তাপমাত্রায় স্ফটিকীভূত হয়¹।
চিকিৎসা এবং খাদ্য শিল্পে ব্যবহৃত বেশিরভাগ সরঞ্জাম সার্জিক্যাল যন্ত্রপাতি উৎপাদনের জন্য ১২ থেকে ২০ ওজন শতাংশ ক্রোমিয়ামযুক্ত অস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টিল অ্যালয় (SUS316 এবং SUS304) দিয়ে তৈরি করা হয়। এটি সাধারণত স্বীকৃত যে স্টিল অ্যালয়ে সংকর উপাদান হিসেবে ক্রোমিয়াম ধাতুর ব্যবহার সাধারণ স্টিল অ্যালয়ের ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতাকে ব্যাপকভাবে উন্নত করতে পারে। স্টেইনলেস স্টিল অ্যালয়, তাদের উচ্চ ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা থাকা সত্ত্বেও, উল্লেখযোগ্য জীবাণু-প্রতিরোধী বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে না। এটি তাদের উচ্চ ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতার বিপরীত। এর পরে, সংক্রমণ এবং প্রদাহের বিকাশ অনুমান করা যেতে পারে, যা প্রধানত স্টেইনলেস স্টিল বায়োমেটেরিয়ালের পৃষ্ঠে ব্যাকটেরিয়ার আনুগত্য এবং উপনিবেশ স্থাপনের কারণে ঘটে। ব্যাকটেরিয়ার আনুগত্য এবং বায়োফিল্ম গঠনের পথের সাথে সম্পর্কিত উল্লেখযোগ্য অসুবিধার কারণে গুরুতর সমস্যা দেখা দিতে পারে, যা স্বাস্থ্যের অবনতির দিকে নিয়ে যেতে পারে, যার অনেক পরিণতি থাকতে পারে যা প্রত্যক্ষ বা পরোক্ষভাবে মানব স্বাস্থ্যকে প্রভাবিত করতে পারে।
এই গবেষণাটি কুয়েত ফাউন্ডেশন ফর দ্য অ্যাডভান্সমেন্ট অফ সায়েন্স (KFAS) দ্বারা অর্থায়িত একটি প্রকল্পের (চুক্তি নং 2010-550401) প্রথম পর্যায়। এর উদ্দেশ্য হলো অ্যান্টিব্যাকটেরিয়াল ফিল্ম/SUS304 পৃষ্ঠ সুরক্ষা আবরণ তৈরির জন্য MA প্রযুক্তি (সারণি ১) ব্যবহার করে ধাতব কাঁচসদৃশ Cu-Zr-Ni ত্রিমাত্রিক পাউডার উৎপাদনের সম্ভাব্যতা যাচাই করা। প্রকল্পের দ্বিতীয় পর্যায়, যা ২০২৩ সালের জানুয়ারিতে শুরু হবে, তাতে সিস্টেমটির তড়িৎ-রাসায়নিক ক্ষয় বৈশিষ্ট্য এবং যান্ত্রিক গুণাবলী বিস্তারিতভাবে পরীক্ষা করা হবে। বিভিন্ন ব্যাকটেরিয়া প্রজাতির জন্য বিস্তারিত অণুজীববিজ্ঞান সংক্রান্ত পরীক্ষাও চালানো হবে।
এই গবেষণাপত্রে, রূপতাত্ত্বিক এবং কাঠামোগত বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে গ্লাস ফর্মিং এবিলিটি (GFA)-এর উপর Zr সংকর উপাদানের পরিমাণের প্রভাব আলোচনা করা হয়েছে। এছাড়াও, প্রলেপযুক্ত মেটালিক গ্লাস পাউডার কোটিং/SUS304 কম্পোজিটের ব্যাকটেরিয়ারোধী বৈশিষ্ট্য নিয়েও আলোচনা করা হয়েছে। অধিকন্তু, নির্মিত মেটালিক গ্লাস সিস্টেমের সাবকুলড লিকুইড অঞ্চলের মধ্যে কোল্ড স্প্রেয়িংয়ের সময় মেটালিক গ্লাস পাউডারের কাঠামোগত রূপান্তরের সম্ভাবনা তদন্ত করার জন্য বর্তমান কাজটি করা হয়েছে। প্রতিনিধি উদাহরণ হিসেবে, এই গবেষণায় Cu50Zr30Ni20 এবং Cu50Zr20Ni30 মেটালিক গ্লাস সংকর ধাতু ব্যবহার করা হয়েছে।
এই অংশে, নিম্ন শক্তি বল মিলিং প্রক্রিয়ায় মৌলিক Cu, Zr এবং Ni পাউডারের আকারগত পরিবর্তনসমূহ উপস্থাপন করা হয়েছে। দৃষ্টান্তমূলক উদাহরণ হিসেবে, Cu50Zr20Ni30 এবং Cu50Zr40Ni10 দ্বারা গঠিত দুটি ভিন্ন সিস্টেমকে প্রতিনিধি উদাহরণ হিসেবে ব্যবহার করা হবে। গ্রাইন্ডিং পর্যায়ে উৎপাদিত পাউডারের মেটালোগ্রাফিক বৈশিষ্ট্য বিশ্লেষণ (চিত্র ৩) থেকে দেখা যায় যে, MA প্রক্রিয়াটিকে তিনটি স্বতন্ত্র পর্যায়ে বিভক্ত করা যায়।
বিভিন্ন সময় ধরে বল মিলিং করার পর প্রাপ্ত মেকানিক্যাল অ্যালয় (MA) পাউডারের মেটালোগ্রাফিক বৈশিষ্ট্য। Cu50Zr20Ni30 সিস্টেমের জন্য ৩, ১২ এবং ৫০ ঘণ্টা কম শক্তির বল মিলিং করার পর প্রাপ্ত MA এবং Cu50Zr40Ni10 পাউডারের ফিল্ড এমিশন স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (FE-SEM) চিত্র (a), (c) এবং (e)-তে দেখানো হয়েছে, যেখানে একই MA সিস্টেমে নির্দিষ্ট সময় পর Cu50Zr40Ni10 সিস্টেমের অনুরূপ চিত্র (b), (d) এবং (f)-তে দেখানো হয়েছে।
বল মিলিং চলাকালীন, ধাতব পাউডারে স্থানান্তরিত হতে পারে এমন কার্যকর গতিশক্তি বিভিন্ন প্যারামিটারের সমন্বয় দ্বারা প্রভাবিত হয়, যেমনটি চিত্র 1a-তে দেখানো হয়েছে। এর মধ্যে রয়েছে বল এবং পাউডারের মধ্যে সংঘর্ষ, গ্রাইন্ডিং মিডিয়ার মধ্যে বা এর মাঝে আটকে থাকা পাউডারের সংকোচনমূলক শিয়ারিং, পতনশীল বলের আঘাত, চলমান বল মিলিং মিডিয়ার মধ্যে পাউডারের ঘর্ষণের কারণে শিয়ার এবং ক্ষয়, এবং পতনশীল বলের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত শক ওয়েভ যা ক্রপ লোডের মধ্যে ছড়িয়ে পড়ে (চিত্র 1a)। MA-এর প্রাথমিক পর্যায়ে (৩ ঘণ্টা) কোল্ড ওয়েল্ডিংয়ের কারণে মৌলিক Cu, Zr, এবং Ni পাউডারগুলি মারাত্মকভাবে বিকৃত হয়েছিল, যার ফলে বড় পাউডার কণা (>১ মিমি ব্যাস) তৈরি হয়েছিল। এই বড় যৌগিক কণাগুলির বৈশিষ্ট্য হলো সংকর উপাদানগুলির (Cu, Zr, Ni) পুরু স্তর গঠন, যেমনটি চিত্র 3a,b-তে দেখানো হয়েছে। MA-এর সময় ১২ ঘণ্টায় (মধ্যবর্তী পর্যায়) বাড়ানোর ফলে বল মিলের গতিশক্তি বৃদ্ধি পায়, যার ফলে যৌগিক পাউডারটি আরও সূক্ষ্ম পাউডারে (২০০ µm-এর কম) বিভক্ত হয়ে যায়, যেমনটি চিত্রে দেখানো হয়েছে। ৩গ, ঘ। এই পর্যায়ে, প্রয়োগকৃত শিয়ার ফোর্সের ফলে সূক্ষ্ম Cu, Zr, Ni হিন্ট লেয়ার সহ একটি নতুন ধাতব পৃষ্ঠ তৈরি হয়, যেমনটি চিত্র ৩গ, ঘ-তে দেখানো হয়েছে। স্তর সূক্ষ্মকরণের ফলে, ফ্লেকগুলির ইন্টারফেসে কঠিন দশার বিক্রিয়া ঘটে নতুন দশা তৈরি হয়।
MA প্রক্রিয়ার চূড়ান্ত পর্যায়ে (৫০ ঘণ্টা পর), খসখসে ধাতবতা কেবল ক্ষীণভাবে দৃশ্যমান ছিল (চিত্র ৩e,f), কিন্তু গুঁড়োটির পালিশ করা পৃষ্ঠে আয়নার মতো ধাতবতা দেখা যাচ্ছিল। এর অর্থ হলো MA প্রক্রিয়াটি সম্পন্ন হয়েছে এবং একটি একক বিক্রিয়া পর্যায়ের সৃষ্টি হয়েছে। চিত্র ৩e (I, II, III), f, v, vi)-তে সূচিত অঞ্চলগুলির মৌলীয় গঠন ফিল্ড এমিশন স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (FE-SEM) এবং এনার্জি ডিসপারসিভ এক্স-রে স্পেকট্রোস্কোপি (EDS) (IV)-এর সমন্বয়ে নির্ধারণ করা হয়েছিল।
সারণি ২-এ, চিত্র ৩e,f-এ নির্বাচিত প্রতিটি অঞ্চলের মোট ওজনের শতাংশ হিসাবে সংকর উপাদানগুলির ঘনত্ব দেখানো হয়েছে। সারণি ১-এ তালিকাভুক্ত Cu50Zr20Ni30 এবং Cu50Zr40Ni10-এর প্রারম্ভিক নামমাত্র সংযুক্তিগুলির সাথে এই ফলাফলগুলি তুলনা করলে দেখা যায় যে, এই দুটি চূড়ান্ত পণ্যের সংযুক্তিগুলির মান নামমাত্র সংযুক্তিগুলির মানের সাথে খুবই সাদৃশ্যপূর্ণ। অধিকন্তু, চিত্র ৩e,f-এ তালিকাভুক্ত অঞ্চলগুলির জন্য আপেক্ষিক উপাদানের মানগুলি এক অঞ্চল থেকে অন্য অঞ্চলে প্রতিটি নমুনার সংযুক্তিতে কোনো উল্লেখযোগ্য অবনতি বা তারতম্য নির্দেশ করে না। এক অঞ্চল থেকে অন্য অঞ্চলে সংযুক্তিতে কোনো পরিবর্তন না হওয়াই এর প্রমাণ। এটি সমসত্ত্ব সংকর গুঁড়া উৎপাদনের দিকে ইঙ্গিত করে, যেমনটি সারণি ২-এ দেখানো হয়েছে।
৫০ এমএ মিলিং-এর পর চূড়ান্ত উৎপাদ Cu50(Zr50−xNix) পাউডারের FE-SEM মাইক্রোগ্রাফ পাওয়া গেছে, যা চিত্র ৪ক–ঘ-তে দেখানো হয়েছে, যেখানে x-এর মান যথাক্রমে ১০, ২০, ৩০ এবং ৪০ অ্যাটমিক পার্সেন্ট। এই মিলিং ধাপের পর, ভ্যান ডার ওয়ালস প্রভাবের কারণে পাউডারটি জমাট বাঁধে, যার ফলে ৭৩ থেকে ১২৬ ন্যানোমিটার ব্যাসবিশিষ্ট অতিসূক্ষ্ম কণা দ্বারা গঠিত বড় আকারের পিণ্ড তৈরি হয়, যা চিত্র ৪-এ দেখানো হয়েছে।
৫০ ঘন্টা MA সময় পর প্রাপ্ত Cu50(Zr50−xNix) পাউডারগুলির আকারতাত্ত্বিক বৈশিষ্ট্য। Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 সিস্টেমগুলির জন্য, ৫০ MA সময় পর প্রাপ্ত পাউডারগুলির FE-SEM চিত্রগুলি যথাক্রমে (a), (b), (c) এবং (d)-তে দেখানো হয়েছে।
কোল্ড স্প্রে ফিডারে পাউডারগুলো লোড করার আগে, সেগুলোকে প্রথমে অ্যানালিটিক্যাল গ্রেড ইথানলে ১৫ মিনিটের জন্য সনিকেট করা হয়েছিল এবং তারপর ১৫০°C তাপমাত্রায় ২ ঘন্টা ধরে শুকানো হয়েছিল। লেপন প্রক্রিয়া জুড়ে প্রায়শই অনেক গুরুতর সমস্যার কারণ হয়ে দাঁড়ানো জমাট বাঁধা সফলভাবে মোকাবেলা করার জন্য এই পদক্ষেপটি অবশ্যই নিতে হবে। MA প্রক্রিয়া সম্পন্ন হওয়ার পর, সংকর পাউডারগুলোর সমসত্ত্বতা তদন্ত করার জন্য আরও বৈশিষ্ট্য নিরূপণ করা হয়েছিল। চিত্র ৫ক–ঘ-তে যথাক্রমে ৫০ ঘন্টা M সময়ের পর প্রাপ্ত Cu50Zr30Ni20 সংকর ধাতুর Cu, Zr এবং Ni সংকর উপাদানগুলোর FE-SEM মাইক্রোগ্রাফ এবং সংশ্লিষ্ট EDS চিত্র দেখানো হয়েছে। এটি উল্লেখ্য যে, এই ধাপের পরে উৎপাদিত সংকর পাউডারগুলো সমসত্ত্ব, কারণ চিত্র ৫-এ যেমন দেখানো হয়েছে, এগুলোতে সাব-ন্যানোমিটার স্তরের বাইরে কোনো গঠনগত তারতম্য দেখা যায় না।
৫০ এমএ সময় পর প্রাপ্ত MG Cu50Zr30Ni20 পাউডারের গঠন এবং স্থানীয় মৌলীয় বন্টন, FE-SEM/শক্তি বিচ্ছুরণকারী এক্স-রে স্পেকট্রোস্কোপি (EDS) দ্বারা । (ক) (খ) Cu-Kα, (গ) Zr-Lα এবং (ঘ) Ni-Kα চিত্রের SEM এবং এক্স-রে EDS ম্যাপিং।
৫০ ঘণ্টা মেকানিক্যাল অ্যালয়িং (MA) করার পর প্রাপ্ত Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 এবং Cu50Zr20Ni30 পাউডারগুলির XRD প্যাটার্ন যথাক্রমে চিত্র ৬ক–ঘ-তে দেখানো হয়েছে। মিলিং-এর এই পর্যায়ের পর, বিভিন্ন Zr ঘনত্বের সমস্ত নমুনা অ্যামরফাস কাঠামো প্রদর্শন করেছে, যার সাথে চিত্র ৬-এ দেখানো বৈশিষ্ট্যপূর্ণ হ্যালো ডিফিউশন প্যাটার্ন বিদ্যমান।
৫০ ঘন্টা MA সময় পর (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 এবং (d) Cu50Zr20Ni30 পাউডারগুলির XRD প্যাটার্ন। ব্যতিক্রম ছাড়া সমস্ত নমুনা একটি হ্যালো ডিফিউশন প্যাটার্ন দেখিয়েছে, যা একটি অ্যামরফাস ফেজ গঠনের ইঙ্গিত দেয়।
বিভিন্ন MA সময়ে বল মিলিং-এর ফলে উৎপন্ন পাউডারগুলির গাঠনিক পরিবর্তন পর্যবেক্ষণ করতে এবং স্থানীয় গঠন বুঝতে ফিল্ড এমিশন হাই-রেজোলিউশন ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (FE-HRTEM) ব্যবহার করা হয়েছিল। Cu50Zr30Ni20 এবং Cu50Zr40Ni10 পাউডারগুলির মিলিং-এর প্রাথমিক (৬ ঘণ্টা) এবং মধ্যবর্তী (১৮ ঘণ্টা) পর্যায়ের পরে প্রাপ্ত পাউডারগুলির FE-HRTEM চিত্র যথাক্রমে চিত্র ৭ক এবং ৭গ-তে দেখানো হয়েছে। ৬ ঘণ্টা MA-এর পরে উৎপাদিত পাউডারের ব্রাইট ফিল্ড ইমেজ (BFI) অনুসারে, পাউডারটি fcc-Cu, hcp-Zr এবং fcc-Ni মৌলগুলির সুনির্দিষ্ট সীমানাসহ বড় দানা দ্বারা গঠিত এবং বিক্রিয়া দশা গঠিত হওয়ার কোনো লক্ষণ নেই, যেমনটি চিত্র ৭ক-তে দেখানো হয়েছে। অধিকন্তু, (ক)-এর মধ্যবর্তী অঞ্চল থেকে নেওয়া কোরিলেটেড সিলেক্টেড এরিয়া ডিফ্র্যাকশন প্যাটার্ন (SADP) একটি কাস্প ডিফ্র্যাকশন প্যাটার্ন প্রকাশ করেছে (চিত্র ৭খ), যা বড় ক্রিস্টালাইটের উপস্থিতি এবং বিক্রিয়াশীল দশার অনুপস্থিতি নির্দেশ করে।
প্রাথমিক (৬ ঘণ্টা) এবং মধ্যবর্তী (১৮ ঘণ্টা) পর্যায়ে প্রাপ্ত MA পাউডারের স্থানীয় কাঠামোগত বৈশিষ্ট্য নিরূপণ। (ক) ফিল্ড এমিশন হাই রেজোলিউশন ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (FE-HRTEM), এবং (খ) ৬ ঘণ্টা MA ট্রিটমেন্টের পর Cu50Zr30Ni20 পাউডারের সংশ্লিষ্ট নির্বাচিত এলাকা ডিফ্র্যাকশন প্যাটার্ন (SADP)। ১৮ ঘণ্টা MA সময়ের পর প্রাপ্ত Cu50Zr40Ni10-এর FE-HRTEM চিত্রটি (গ)-তে দেখানো হয়েছে।
চিত্র ৭গ-তে যেমন দেখানো হয়েছে, এমএ (MA) প্রক্রিয়ার সময়কাল ১৮ ঘণ্টা পর্যন্ত বাড়ানোর ফলে প্লাস্টিক বিকৃতির সাথে গুরুতর ল্যাটিস ত্রুটি দেখা দেয়। এমএ প্রক্রিয়ার এই মধ্যবর্তী পর্যায়ে, পাউডারটিতে স্ট্যাকিং ফল্ট, ল্যাটিস ত্রুটি এবং পয়েন্ট ডিফেক্ট সহ বিভিন্ন ত্রুটি দেখা যায় (চিত্র ৭)। এই ত্রুটিগুলির কারণে বড় দানাগুলি তাদের সীমানা বরাবর বিভক্ত হয়ে ২০ ন্যানোমিটারের চেয়ে ছোট আকারের উপ-দানা তৈরি করে (চিত্র ৭গ)।
৩৬ ঘণ্টা মেকানিক্যাল অ্যামরফাস (MA) সময় ধরে মিলিং করা Cu50Z30Ni20 পাউডারের স্থানীয় কাঠামোতে একটি অ্যামরফাস সূক্ষ্ম ম্যাট্রিক্সের মধ্যে অতিসূক্ষ্ম ন্যানো-কণার গঠন দেখা যায়, যা চিত্র ৮ক-তে দেখানো হয়েছে। স্থানীয় EDS বিশ্লেষণ থেকে জানা যায় যে, চিত্র ৮ক-তে প্রদর্শিত ন্যানো-গুচ্ছগুলো অপরিশোধিত Cu, Zr এবং Ni পাউডার সংকর উপাদানগুলোর সাথে সম্পর্কিত ছিল। একই সময়ে, ম্যাট্রিক্সের Cu-এর পরিমাণ ~৩২ অ্যাটমিক পার্সেন্ট (স্বল্প এলাকা) থেকে ~৭৪ অ্যাটমিক পার্সেন্ট (সমৃদ্ধ এলাকা) পর্যন্ত ওঠানামা করে, যা অসমসত্ত্ব উৎপাদের গঠন নির্দেশ করে। অধিকন্তু, এই পর্যায়ে মিলিং করার পর প্রাপ্ত পাউডারগুলোর সংশ্লিষ্ট SADP-তে অ্যামরফাস দশার বলয়-বিচ্ছুরিত প্রাথমিক ও মাধ্যমিক বলয় দেখা যায়, যা ঐসব কাঁচা সংকর উপাদানগুলোর সাথে সম্পর্কিত তীক্ষ্ণ বিন্দুগুলোর সাথে উপরিপাতিত থাকে, যেমনটি চিত্র ৮খ-তে দেখানো হয়েছে।
৩৬ ঘন্টার বেশি সময় ধরে মিলিং করার পর Cu50Zr30Ni20 পাউডারের ন্যানোস্কেল স্থানীয় কাঠামোগত বৈশিষ্ট্য। (ক) ৩৬ ঘন্টা এমএ মিলিং করার পর প্রাপ্ত Cu50Zr30Ni20 পাউডারের ব্রাইট ফিল্ড চিত্র (বিএফআই) এবং সংশ্লিষ্ট (খ) এসএডিপি।
MA প্রক্রিয়ার শেষের দিকে (৫০ ঘণ্টা), Cu50(Zr50−xNix), X; ১০, ২০, ৩০ এবং ৪০ অ্যাটমিক পার্সেন্ট পাউডারগুলিতে সর্বদাই একটি গোলকধাঁধার মতো নিরাকার দশার গঠন দেখা যায়, যা চিত্র ৯ক–ঘ-তে দেখানো হয়েছে। প্রতিটি উপাদানের সংশ্লিষ্ট SADP-তে বিন্দুসদৃশ ডিফ্র্যাকশন বা তীক্ষ্ণ বলয়াকার প্যাটার্ন কোনটিই শনাক্ত করা যায়নি। এটি নির্দেশ করে যে কোনো অপ্রক্রিয়াজাত স্ফটিকাকার ধাতু উপস্থিত নেই, বরং একটি নিরাকার সংকর ধাতুর পাউডার গঠিত হয়েছে। বলয়াকার ব্যাপন প্যাটার্ন প্রদর্শনকারী এই সম্পর্কযুক্ত SADP-গুলো চূড়ান্ত উৎপাদিত উপাদানে নিরাকার দশার বিকাশের প্রমাণ হিসেবেও ব্যবহৃত হয়েছে।
MG Cu50 (Zr50−xNix) সিস্টেমের চূড়ান্ত উৎপাদের স্থানীয় গঠন। ৫০ ঘণ্টা MA-এর পরে প্রাপ্ত (ক) Cu50Zr40Ni10, (খ) Cu50Zr30Ni20, (গ) Cu50Zr20Ni30 এবং (ঘ) Cu50Zr10Ni40-এর FE-HRTEM এবং সংশ্লিষ্ট ন্যানোবিম ডিফ্র্যাকশন প্যাটার্ন (NBDP)।
হিলিয়াম (He) গ্যাস প্রবাহের অধীনে ডিফারেনশিয়াল স্ক্যানিং ক্যালোরিমেট্রি (DSC) ব্যবহার করে অনাকার Cu50(Zr50−xNix) সিস্টেমের নিকেল (Ni) এর পরিমাণ (x) এর ফাংশন হিসাবে গ্লাস ট্রানজিশন তাপমাত্রা (Tg), সাবকুলড লিকুইড রিজিয়ন (ΔTx) এবং ক্রিস্টালাইজেশন তাপমাত্রা (Tx) এর তাপীয় স্থিতিশীলতা পরীক্ষা করা হয়েছে। ৫০ ঘন্টা মেকানিক্যাল অ্যালয়িং (MA) এর পরে প্রাপ্ত Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 এবং Cu50Zr10Ni40 অনাকার অ্যালয় পাউডারের DSC ট্রেসগুলি যথাক্রমে চিত্র ১০ক, খ, ঙ-তে দেখানো হয়েছে। অন্যদিকে, অনাকার Cu50Zr20Ni30 এর DSC কার্ভটি চিত্র ১০গ-তে আলাদাভাবে দেখানো হয়েছে। এদিকে, DSC-তে ~৭০০ °C পর্যন্ত উত্তপ্ত করা Cu50Zr30Ni20 নমুনাটি চিত্র ১০ঘ-তে দেখানো হয়েছে।
৫০ ঘণ্টা মেকানিক্যাল অ্যাক্সিলারেশন (MA) সময়ের পর প্রাপ্ত Cu50(Zr50−xNix) MG পাউডারের তাপীয় স্থিতিশীলতা, যা গ্লাস ট্রানজিশন তাপমাত্রা (Tg), ক্রিস্টালাইজেশন তাপমাত্রা (Tx), এবং সাবকুলড লিকুইড রিজিয়ন (ΔTx) দ্বারা সূচিত। ৫০ ঘণ্টা মেকানিক্যাল অ্যাক্সিলারেশন (MA) সময়ের পর (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 এবং (e) Cu50Zr10Ni40 MG অ্যালয় পাউডারের ডিফারেনশিয়াল স্ক্যানিং ক্যালোরিমিটার (DSC) থার্মোগ্রাম। DSC-তে ~৭০০ °C পর্যন্ত উত্তপ্ত করা Cu50Zr30Ni20 নমুনার এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন (XRD) প্যাটার্ন (d)-তে দেখানো হয়েছে।
চিত্র ১০-এ যেমন দেখানো হয়েছে, বিভিন্ন Ni ঘনত্ব (x) সহ সমস্ত গঠনের DSC বক্ররেখা দুটি ভিন্ন অবস্থা নির্দেশ করে, একটি তাপগ্রাহী এবং অন্যটি তাপমোচী। প্রথম তাপগ্রাহী ঘটনাটি Tg-এর সাথে সঙ্গতিপূর্ণ, যখন দ্বিতীয়টি Tx-এর সাথে সম্পর্কিত। Tg এবং Tx-এর মধ্যে বিদ্যমান অনুভূমিক বিস্তৃতি অঞ্চলকে সাবকুলড লিকুইড অঞ্চল (ΔTx = Tx – Tg) বলা হয়। ফলাফলগুলি দেখায় যে Cu50Zr40Ni10 নমুনার (চিত্র ১০ক) Tg এবং Tx, যা যথাক্রমে ৫২৬°C এবং ৬১২°C-এ অবস্থিত, Ni-এর পরিমাণ (x) বৃদ্ধির সাথে সাথে পরিমাণ (x)-কে ২০ at.% কমিয়ে ৪৮২°C এবং ৫৬৩°C-এর দিকে নিয়ে যায়, যেমনটি চিত্র ১০খ-তে দেখানো হয়েছে। ফলস্বরূপ, Cu50Zr40Ni10-এর ΔTx ৮৬ °C (চিত্র ১০ক) থেকে কমে Cu50Zr30Ni20-এর জন্য ৮১ °C হয়। (চিত্র ১০খ)। MG Cu50Zr40Ni10 সংকর ধাতুটির ক্ষেত্রে, এটিও পরিলক্ষিত হয়েছে যে Tg, Tx এবং ΔTx-এর মান যথাক্রমে ৪৪৭°C, ৫২৬°C এবং ৭৯°C-তে হ্রাস পেয়েছে (চিত্র ১০খ)। এটি নির্দেশ করে যে Ni-এর পরিমাণ বৃদ্ধি MG সংকর ধাতুটির তাপীয় স্থিতিশীলতা হ্রাসের দিকে পরিচালিত করে। এর বিপরীতে, MG Cu50Zr20Ni30 সংকর ধাতুটির Tg-এর মান (৫০৭°C) MG Cu50Zr40Ni10 সংকর ধাতুটির চেয়ে কম; তথাপি, এর Tx পূর্বেরটির (৬১২°C) সাথে তুলনীয় একটি মান প্রদর্শন করে। অতএব, ΔTx একটি উচ্চতর মান (৮৭°C) প্রদর্শন করে, যেমনটি চিত্র ১০গ-তে দেখানো হয়েছে।
MG Cu50Zr20Ni30 সংকর ধাতুটিকে উদাহরণ হিসেবে নিলে, MG Cu50(Zr50−xNix) সিস্টেমটি একটি তীব্র তাপোৎপাদী শিখরের মাধ্যমে fcc-ZrCu5, অর্থোরম্বিক-Zr7Cu10 এবং অর্থোরম্বিক-ZrNi ক্রিস্টাল দশায় কেলাসিত হয় (চিত্র ১০গ)। এই অনিয়তাকার থেকে কেলাসিত দশায় রূপান্তরটি MG নমুনার XRD দ্বারা নিশ্চিত করা হয়েছিল (চিত্র ১০ঘ), যেটিকে DSC-তে ৭০০ °C পর্যন্ত উত্তপ্ত করা হয়েছিল।
চিত্র ১১-তে বর্তমান গবেষণায় পরিচালিত কোল্ড স্প্রে প্রক্রিয়ার সময় তোলা ছবি দেখানো হয়েছে। এই গবেষণায়, ৫০ ঘণ্টা MA সময়ের পর সংশ্লেষিত ধাতব কাচ-সদৃশ পাউডার কণা (উদাহরণস্বরূপ Cu50Zr20Ni30) জীবাণুনাশক কাঁচামাল হিসেবে ব্যবহার করা হয়েছে এবং কোল্ড স্প্রেয়িং প্রযুক্তির মাধ্যমে স্টেইনলেস স্টিল প্লেট (SUS304)-এর উপর প্রলেপ দেওয়া হয়েছে। থার্মাল স্প্রে প্রযুক্তি সিরিজের মধ্যে প্রলেপ দেওয়ার জন্য কোল্ড স্প্রে পদ্ধতিটি বেছে নেওয়া হয়েছে, কারণ এটি থার্মাল স্প্রে সিরিজের সবচেয়ে কার্যকর পদ্ধতি এবং এটি নিরাকার ও ন্যানোক্রিস্টালাইন পাউডারের মতো ধাতব মেটাস্টেবল তাপমাত্রা-সংবেদনশীল পদার্থের জন্য ব্যবহার করা যায়, যেগুলো দশা পরিবর্তনের অধীন নয়। এই পদ্ধতিটি বেছে নেওয়ার এটাই প্রধান কারণ। কোল্ড স্প্রে প্রক্রিয়াটি উচ্চ-গতির কণা ব্যবহার করে সম্পন্ন করা হয়, যা সাবস্ট্রেট বা পূর্বে জমা হওয়া কণার সাথে সংঘর্ষের ফলে কণাগুলোর গতিশক্তিকে প্লাস্টিক বিকৃতি, স্ট্রেইন এবং তাপে রূপান্তরিত করে।
মাঠের ছবিগুলোতে ৫৫০ °C তাপমাত্রায় MG কোটিং/SUS 304-এর পরপর পাঁচটি প্রস্তুতির জন্য ব্যবহৃত কোল্ড স্প্রে পদ্ধতি দেখানো হয়েছে।
কণাগুলির গতিশক্তি, এবং ফলস্বরূপ আবরণ গঠনের সময় প্রতিটি কণার ভরবেগ, অবশ্যই প্লাস্টিক বিকৃতি (সাবস্ট্রেটে প্রাথমিক কণা এবং কণা-কণার মিথস্ক্রিয়া এবং কণার মিথস্ক্রিয়া), শূন্যস্থান একত্রীকরণ, কণা-কণার ঘূর্ণন, পীড়ন এবং পরিশেষে তাপের মতো প্রক্রিয়ার মাধ্যমে অন্যান্য শক্তির রূপে রূপান্তরিত হতে হবে ৩৯। অধিকন্তু, যদি সমস্ত আগত গতিশক্তি তাপ এবং পীড়ন শক্তিতে রূপান্তরিত না হয়, তাহলে ফলাফলটি একটি স্থিতিস্থাপক সংঘর্ষ হয়, যার অর্থ হল কণাগুলি সংঘর্ষের পরে কেবল ফিরে আসে। এটি উল্লেখ করা হয়েছে যে কণা/সাবস্ট্রেট উপাদানে প্রয়োগ করা সংঘর্ষ শক্তির ৯০% স্থানীয় তাপে রূপান্তরিত হয় ৪০। অধিকন্তু, যখন সংঘর্ষজনিত পীড়ন প্রয়োগ করা হয়, তখন খুব অল্প সময়ের মধ্যে সংস্পর্শ কণা/সাবস্ট্রেট অঞ্চলে উচ্চ প্লাস্টিক পীড়ন হার অর্জিত হয় ৪১,৪২।
প্লাস্টিক বিকৃতিকে সাধারণত শক্তি ক্ষয়ের একটি প্রক্রিয়া, অথবা আরও নির্দিষ্টভাবে বললে, আন্তঃপৃষ্ঠীয় অঞ্চলে একটি তাপের উৎস হিসেবে বিবেচনা করা হয়। তবে, আন্তঃপৃষ্ঠীয় অঞ্চলের তাপমাত্রা বৃদ্ধি সাধারণত আন্তঃপৃষ্ঠীয় গলন ঘটাতে বা পারমাণবিক আন্তঃব্যাপনকে উল্লেখযোগ্যভাবে ত্বরান্বিত করার জন্য যথেষ্ট হয় না। লেখকদের জানা মতে এমন কোনো প্রকাশনা নেই যা কোল্ড স্প্রে পদ্ধতি ব্যবহার করার সময় পাউডার আসঞ্জন এবং অধঃক্ষেপণের উপর এই ধাতব কাচসদৃশ পাউডারগুলির বৈশিষ্ট্যের প্রভাব অনুসন্ধান করে।
চিত্র ১২ক-তে MG Cu50Zr20Ni30 অ্যালয় পাউডারের BFI দেখা যায়, যা SUS 304 সাবস্ট্রেটের উপর প্রলেপ দেওয়া হয়েছিল (চিত্র ১১, ১২খ)। চিত্র থেকে দেখা যায়, প্রলেপযুক্ত পাউডারগুলো তাদের মূল অ্যামরফাস কাঠামো বজায় রাখে, কারণ এগুলোর একটি সূক্ষ্ম ল্যাবিরিন্থ কাঠামো রয়েছে এবং এতে কোনো ক্রিস্টালাইন বৈশিষ্ট্য বা ল্যাটিস ত্রুটি নেই। অন্যদিকে, চিত্রটি একটি বহিরাগত দশার উপস্থিতি নির্দেশ করে, যা MG-প্রলেপযুক্ত পাউডার ম্যাট্রিক্সে অন্তর্ভুক্ত ন্যানো পার্টিকেল দ্বারা প্রস্তাবিত (চিত্র ১২ক)। চিত্র ১২গ অঞ্চল I (চিত্র ১২ক)-এর সাথে সম্পর্কিত ইনডেক্সড ন্যানোবিম ডিফ্র্যাকশন প্যাটার্ন (NBDP) চিত্রিত করে। চিত্র ১২গ-তে যেমন দেখানো হয়েছে, NBDP অ্যামরফাস কাঠামোর একটি দুর্বল হ্যালো ডিফিউশন প্যাটার্ন প্রদর্শন করে এবং ক্রিস্টালাইন বৃহৎ কিউবিক Zr2Ni মেটাস্টেবল প্লাস টেট্রাগোনাল CuO দশার সাথে সঙ্গতিপূর্ণ তীক্ষ্ণ প্যাচগুলির সাথে সহাবস্থান করে। স্প্রে গানের নজল থেকে SUS 304-এ যাওয়ার সময় পাউডারের জারণের কারণে CuO গঠিত হতে পারে। সুপারসনিক প্রবাহের অধীনে খোলা বাতাসে। অন্যদিকে, ৫৫০ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় ৩০ মিনিট ধরে কোল্ড স্প্রে ট্রিটমেন্টের পর ধাতব কাঁচসদৃশ পাউডারের ডিভিট্রিফিকেশনের মাধ্যমে বৃহৎ কিউবিক ফেজ গঠিত হয়।
(ক) SUS 304 সাবস্ট্রেটের (চিত্রের ইনসেট) উপর প্রলেপ দেওয়া MG পাউডারের FE-HRTEM চিত্র। (ক)-তে দেখানো বৃত্তাকার প্রতীকটির সূচক NBDP (গ)-তে দেখানো হয়েছে।
বৃহৎ ঘনকাকার Zr2Ni ন্যানোকণা গঠনের এই সম্ভাব্য প্রক্রিয়াটি যাচাই করার জন্য একটি স্বতন্ত্র পরীক্ষা করা হয়েছিল। এই পরীক্ষায়, পাউডারগুলো একটি স্প্রে গান থেকে ৫৫০ °C তাপমাত্রায় SUS 304 সাবস্ট্রেটের দিকে স্প্রে করা হয়েছিল; তবে, পাউডারগুলোর অ্যানিলিং প্রভাব স্পষ্ট করার জন্য, সেগুলোকে যত দ্রুত সম্ভব (প্রায় ৬০ সেকেন্ড পর) SUS304 স্ট্রিপ থেকে সরিয়ে ফেলা হয়েছিল। আরেকটি পরীক্ষা চালানো হয়েছিল যেখানে পাউডার জমা হওয়ার প্রায় ১৮০ সেকেন্ড পর সাবস্ট্রেট থেকে সরিয়ে ফেলা হয়েছিল।
চিত্র ১৩ক ও ১৩খ-তে যথাক্রমে ৬০ সেকেন্ড এবং ১৮০ সেকেন্ড ধরে SUS 304 সাবস্ট্রেটের উপর জমা করা দুটি স্প্রে করা উপাদানের ডার্ক ফিল্ড চিত্র (DFI) দেখানো হয়েছে, যা স্ক্যানিং ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (STEM) দ্বারা প্রাপ্ত। ৬০ সেকেন্ড ধরে জমা করা পাউডারের চিত্রে কোনো গঠনগত বিবরণ নেই, যা বৈশিষ্ট্যহীনতা প্রদর্শন করে (চিত্র ১৩ক)। এটি XRD দ্বারাও নিশ্চিত করা হয়েছে, যা নির্দেশ করে যে এই পাউডারগুলির সাধারণ গঠন ছিল অ্যামরফাস, যেমনটি চিত্র ১৪ক-তে দেখানো প্রশস্ত প্রাথমিক এবং মাধ্যমিক ডিফ্র্যাকশন ম্যাক্সিমা দ্বারা নির্দেশিত। এগুলো মেটাস্টেবল/মেসোফেজ অধঃক্ষেপণের অনুপস্থিতি নির্দেশ করে, যেখানে পাউডারটি তার মূল অ্যামরফাস গঠন ধরে রাখে। এর বিপরীতে, একই তাপমাত্রায় (৫৫০ °C) স্প্রে করা পাউডার, যা ১৮০ সেকেন্ডের জন্য সাবস্ট্রেটের উপর রাখা হয়েছিল, তাতে ন্যানো-আকারের দানার অধঃক্ষেপণ দেখা গেছে, যেমনটি চিত্র ১৩খ-তে তীরচিহ্ন দ্বারা নির্দেশিত।