Nature.com পরিদর্শন করার জন্য আপনাকে ধন্যবাদ। আপনি যে ব্রাউজার সংস্করণটি ব্যবহার করছেন তাতে CSS-এর জন্য সীমিত সমর্থন রয়েছে। সেরা অভিজ্ঞতার জন্য, আমরা আপনাকে একটি আপডেট করা ব্রাউজার ব্যবহার করার পরামর্শ দিচ্ছি (অথবা ইন্টারনেট এক্সপ্লোরারে সামঞ্জস্যতা মোড বন্ধ করুন)। ইতিমধ্যে, অব্যাহত সমর্থন নিশ্চিত করার জন্য, আমরা স্টাইল এবং জাভাস্ক্রিপ্ট ছাড়াই সাইটটি প্রদর্শন করব।
দীর্ঘস্থায়ী সংক্রমণের বিকাশে বায়োফিল্ম একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান, বিশেষ করে যখন চিকিৎসা ডিভাইস জড়িত থাকে। এই সমস্যাটি চিকিৎসা সম্প্রদায়ের জন্য একটি বিশাল চ্যালেঞ্জ উপস্থাপন করে, কারণ স্ট্যান্ডার্ড অ্যান্টিবায়োটিকগুলি খুব সীমিত পরিমাণে বায়োফিল্মগুলি নির্মূল করতে পারে। বায়োফিল্ম গঠন রোধ করার ফলে বিভিন্ন আবরণ পদ্ধতি এবং নতুন উপকরণের বিকাশ ঘটেছে। এই পদ্ধতিগুলির লক্ষ্য এমনভাবে পৃষ্ঠতলকে আবরণ করা যা বায়োফিল্ম গঠনকে বাধা দেয়। ধাতব কাঁচের মিশ্রণ, বিশেষ করে তামা এবং টাইটানিয়াম ধাতু ধারণকারী মিশ্রণগুলি আদর্শ অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল আবরণ হিসাবে আবির্ভূত হয়েছে। একই সময়ে, ঠান্ডা স্প্রে প্রযুক্তির ব্যবহার বৃদ্ধি পেয়েছে কারণ এটি তাপমাত্রা-সংবেদনশীল উপকরণ প্রক্রিয়াকরণের জন্য একটি উপযুক্ত পদ্ধতি। এই গবেষণার উদ্দেশ্যের একটি অংশ ছিল যান্ত্রিক সংকর ধাতু ব্যবহার করে টারনারি Cu-Zr-Ni দিয়ে গঠিত একটি অভিনব অ্যান্টিব্যাকটেরিয়াল ফিল্ম ধাতব কাচ তৈরি করা। চূড়ান্ত পণ্য তৈরি করে এমন গোলাকার পাউডার কম তাপমাত্রায় স্টেইনলেস স্টিলের পৃষ্ঠের ঠান্ডা স্প্রে আবরণের জন্য কাঁচামাল হিসাবে ব্যবহৃত হয়। ধাতব কাচ দিয়ে প্রলিপ্ত সাবস্ট্রেটগুলি স্টেইনলেস স্টিলের তুলনায় কমপক্ষে 1 লগ দ্বারা বায়োফিল্ম গঠন উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করতে সক্ষম হয়েছিল।
মানব ইতিহাস জুড়ে, যেকোনো সমাজ তার নির্দিষ্ট প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে এমন অভিনব উপকরণের নকশা এবং প্রবর্তনকে উৎসাহিত করতে সক্ষম হয়েছে, যার ফলে বিশ্বায়িত অর্থনীতিতে কর্মক্ষমতা এবং র‍্যাঙ্কিং উন্নত হয়েছে। এটি সর্বদা মানুষের স্বাস্থ্য, শিক্ষা, শিল্প, অর্থনীতি, সংস্কৃতি এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে এক দেশ বা অঞ্চল থেকে অন্য অঞ্চলে অগ্রগতি পরিমাপ করার জন্য উপকরণ এবং ফ্যাব্রিকেশন সরঞ্জাম এবং ডিজাইন তৈরির ক্ষমতার জন্য দায়ী করা হয়েছে। দেশ বা অঞ্চল নির্বিশেষে অগ্রগতি পরিমাপ করা হয়। 2 60 বছর ধরে, উপকরণ বিজ্ঞানীরা তাদের বেশিরভাগ সময় একটি প্রধান উদ্বেগের উপর মনোনিবেশ করার জন্য ব্যয় করেছেন: অভিনব এবং অত্যাধুনিক উপকরণের সন্ধান। সাম্প্রতিক গবেষণা বিদ্যমান উপকরণের গুণমান এবং কর্মক্ষমতা উন্নত করার পাশাপাশি সম্পূর্ণ নতুন ধরণের উপকরণ সংশ্লেষণ এবং উদ্ভাবনের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছে।
সংকর ধাতুর উপাদান সংযোজন, উপাদানের মাইক্রোস্ট্রাকচারের পরিবর্তন এবং তাপীয়, যান্ত্রিক বা তাপ-যান্ত্রিক প্রক্রিয়াকরণ কৌশল প্রয়োগের ফলে বিভিন্ন ধরণের উপকরণের যান্ত্রিক, রাসায়নিক এবং ভৌত বৈশিষ্ট্যে উল্লেখযোগ্য উন্নতি হয়েছে। অধিকন্তু, এখন পর্যন্ত অশ্রুত যৌগগুলি সফলভাবে সংশ্লেষিত হয়েছে। এই অবিরাম প্রচেষ্টাগুলি উদ্ভাবনী উপকরণের একটি নতুন পরিবার তৈরি করেছে, যা সম্মিলিতভাবে উন্নত উপকরণ নামে পরিচিত। ন্যানোক্রিস্টাল, ন্যানো পার্টিকেল, ন্যানোটিউব, কোয়ান্টাম ডট, শূন্য-মাত্রিক, নিরাকার ধাতব চশমা এবং উচ্চ-এনট্রপি অ্যালয়গুলি গত শতাব্দীর মাঝামাঝি থেকে বিশ্বে প্রবর্তিত উন্নত উপকরণের কয়েকটি উদাহরণ মাত্র। চূড়ান্ত পণ্যে বা এর উৎপাদনের মধ্যবর্তী পর্যায়ে উন্নত বৈশিষ্ট্য সহ নতুন অ্যালয় তৈরি এবং বিকাশ করার সময়, ভারসাম্যহীনতার সমস্যা প্রায়শই যুক্ত হয়। ভারসাম্য থেকে উল্লেখযোগ্যভাবে বিচ্যুত হওয়ার জন্য নতুন ফ্যাব্রিকেশন কৌশল বাস্তবায়নের ফলে, ধাতব চশমা নামে পরিচিত মেটাস্টেবল অ্যালয়গুলির একটি সম্পূর্ণ নতুন শ্রেণী আবিষ্কৃত হয়েছে।
১৯৬০ সালে ক্যালটেকে তার কাজ ধাতব সংকর ধাতুর ধারণায় এক বিপ্লব এনে দেয় যখন তিনি প্রতি সেকেন্ডে প্রায় দশ লক্ষ ডিগ্রি বেগে তরল পদার্থকে দ্রুত শক্ত করে কাঁচের Au-25 at.% Si সংকর ধাতু সংশ্লেষণ করেন। ৪. অধ্যাপক পোল ডুয়েজের আবিষ্কারের ঘটনাটি কেবল ধাতব চশমার (MG) ইতিহাসের সূচনাই করেনি, বরং ধাতব সংকর ধাতু সম্পর্কে মানুষের চিন্তাভাবনার ক্ষেত্রেও এক বিরাট পরিবর্তন এনেছে। MG সংকর ধাতুর সংশ্লেষণের প্রথম দিকের গবেষণার পর থেকে, প্রায় সমস্ত ধাতব চশমা সম্পূর্ণরূপে নিম্নলিখিত পদ্ধতিগুলির একটি ব্যবহার করে তৈরি করা হয়েছে; (i) গলিত বা বাষ্পের দ্রুত শক্তকরণ, (ii) জালিকার পারমাণবিক বিশৃঙ্খলা, (iii) বিশুদ্ধ ধাতব উপাদানগুলির মধ্যে কঠিন-অবস্থার রূপায়ন বিক্রিয়া এবং (iv) মেটাস্টেবল পর্যায়ের কঠিন-অবস্থার রূপান্তর।
MG গুলিকে স্ফটিকের সাথে সম্পর্কিত দীর্ঘ-পরিসরের পারমাণবিক ক্রম না থাকার কারণে আলাদা করা হয়, যা স্ফটিকের একটি নির্দিষ্ট বৈশিষ্ট্য। আজকের বিশ্বে, ধাতব কাচের ক্ষেত্রে প্রচুর অগ্রগতি হয়েছে। এগুলি আকর্ষণীয় বৈশিষ্ট্য সহ অভিনব উপকরণ যা কেবল কঠিন-অবস্থার পদার্থবিদ্যাতেই নয়, ধাতুবিদ্যা, পৃষ্ঠ রসায়ন, প্রযুক্তি, জীববিজ্ঞান এবং অন্যান্য অনেক ক্ষেত্রেও আগ্রহের বিষয়। এই নতুন ধরণের উপাদান কঠিন ধাতু থেকে স্বতন্ত্র বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে, যা এটিকে বিভিন্ন ক্ষেত্রে প্রযুক্তিগত প্রয়োগের জন্য একটি আকর্ষণীয় প্রার্থী করে তোলে। তাদের কিছু গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য রয়েছে; (i) উচ্চ যান্ত্রিক নমনীয়তা এবং ফলন শক্তি, (ii) উচ্চ চৌম্বকীয় ব্যাপ্তিযোগ্যতা, (iii) কম জবরদস্তি, (iv) অস্বাভাবিক জারা প্রতিরোধ ক্ষমতা, (v) তাপমাত্রার স্বাধীনতা 6,7 এর পরিবাহিতা।
যান্ত্রিক সংকরায়ন (MA)1,8 একটি অপেক্ষাকৃত নতুন কৌশল, যা প্রথম প্রবর্তন করেন ১৯৮৩৯ সালে অধ্যাপক সিসি কক এবং তার সহকর্মীরা। তারা ঘরের তাপমাত্রার খুব কাছাকাছি পরিবেষ্টিত তাপমাত্রায় বিশুদ্ধ উপাদানের মিশ্রণ পিষে নিরাকার Ni60Nb40 পাউডার তৈরি করেন। সাধারণত, MA বিক্রিয়াটি একটি চুল্লিতে বিক্রিয়ক পদার্থের গুঁড়োগুলির বিচ্ছুরিত সংযোগের মধ্যে সঞ্চালিত হয়, যা সাধারণত স্টেইনলেস স্টিল দিয়ে তৈরি একটি বল মিল 10 (চিত্র 1a, b) তৈরি করে। তারপর থেকে, এই যান্ত্রিকভাবে প্ররোচিত কঠিন-অবস্থা বিক্রিয়া কৌশলটি নিম্ন (চিত্র 1c) এবং উচ্চ শক্তির বল মিল ব্যবহার করে নতুন নিরাকার/ধাতব কাচের খাদ গুঁড়ো প্রস্তুত করতে ব্যবহৃত হয়েছে, সেইসাথে রড মিল 11,12,13,14,15, 16। বিশেষ করে, এই পদ্ধতিটি Cu-Ta17 এর মতো অমিশ্রিত সিস্টেম, সেইসাথে Al-ট্রানজিশন ধাতু সিস্টেম (TM; Zr, Hf, Nb এবং Ta)18,19 এবং Fe-W20 এর মতো উচ্চ গলনাঙ্ক সংকর ধাতু প্রস্তুত করতে ব্যবহৃত হয়েছে, যা প্রচলিত প্রস্তুতি রুট ব্যবহার করে পাওয়া যায় না। অধিকন্তু, MA কে ধাতব অক্সাইড, কার্বাইড, নাইট্রাইড, হাইড্রাইড, কার্বনের শিল্প-স্কেল ন্যানোক্রিস্টালাইন এবং ন্যানোকম্পোজিট পাউডার কণা তৈরির জন্য সবচেয়ে শক্তিশালী ন্যানোপ্রযুক্তি সরঞ্জামগুলির মধ্যে একটি হিসাবে বিবেচনা করা হয়। ন্যানোটিউব, ন্যানোডায়মন্ড, পাশাপাশি টপ-ডাউন পদ্ধতি ১ এবং মেটাস্টেবল পর্যায়ের মাধ্যমে বিস্তৃত স্থিতিশীলকরণ।
এই গবেষণায় Cu50(Zr50−xNix) ধাতব কাচ (MG) আবরণ/SUS 304 প্রস্তুত করতে ব্যবহৃত ফ্যাব্রিকেশন পদ্ধতি দেখানোর পরিকল্পনা। (a) কম শক্তির বল মিলিং কৌশল ব্যবহার করে x (x; 10, 20, 30 এবং 40 at.%) বিভিন্ন Ni ঘনত্বের MG অ্যালয় পাউডার প্রস্তুত করা। (a) শুরুর উপাদানটি টুল স্টিলের বল সহ একটি টুল সিলিন্ডারে লোড করা হয় এবং (b) He বায়ুমণ্ডলে ভরা একটি গ্লাভ বাক্সে সিল করা হয়। (c) গ্রাইন্ডিং পাত্রের একটি স্বচ্ছ মডেল যা গ্রাইন্ডিংয়ের সময় বলের গতি চিত্রিত করে। 50 ঘন্টা পরে প্রাপ্ত পাউডারের চূড়ান্ত পণ্যটি ঠান্ডা স্প্রে পদ্ধতি (d) ব্যবহার করে SUS 304 সাবস্ট্রেটের আবরণে ব্যবহার করা হয়েছিল।
যখন বাল্ক উপাদানের পৃষ্ঠতলের (সাবস্ট্রেট) কথা আসে, তখন পৃষ্ঠতলের প্রকৌশলে পৃষ্ঠতলের (সাবস্ট্রেট) নকশা এবং পরিবর্তন জড়িত থাকে যাতে মূল বাল্ক উপাদানে অন্তর্ভুক্ত নয় এমন কিছু ভৌত, রাসায়নিক এবং প্রযুক্তিগত গুণাবলী প্রদান করা যায়। পৃষ্ঠতলের চিকিৎসার মাধ্যমে কার্যকরভাবে উন্নত করা যেতে পারে এমন কিছু বৈশিষ্ট্যের মধ্যে রয়েছে ঘর্ষণ প্রতিরোধ, জারণ এবং জারা প্রতিরোধ, ঘর্ষণ সহগ, জৈব-জড়তা, বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য এবং তাপ নিরোধক। ধাতুবিদ্যা, যান্ত্রিক বা রাসায়নিক কৌশল ব্যবহার করে পৃষ্ঠের গুণমান উন্নত করা যেতে পারে। একটি সুপরিচিত প্রক্রিয়া হিসাবে, একটি আবরণকে কেবল অন্য উপাদান দিয়ে তৈরি একটি বাল্ক বস্তুর (সাবস্ট্রেট) পৃষ্ঠে কৃত্রিমভাবে জমা করা উপাদানের একক বা একাধিক স্তর হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। সুতরাং, আবরণগুলি কিছু কাঙ্ক্ষিত প্রযুক্তিগত বা আলংকারিক বৈশিষ্ট্য অর্জনের জন্য, সেইসাথে আশেপাশের পরিবেশের সাথে প্রত্যাশিত রাসায়নিক এবং শারীরিক মিথস্ক্রিয়া থেকে উপকরণগুলিকে রক্ষা করার জন্য আংশিকভাবে ব্যবহৃত হয়।
কয়েকটি 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) শুষ্ক আবরণ পদ্ধতি, যার মধ্যে রয়েছে ব্রেজিং, সারফেসিং, ভৌত বাষ্প জমা (PVD), রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD), তাপীয় স্প্রে কৌশল এবং সাম্প্রতিক ঠান্ডা স্প্রে কৌশল 24 (চিত্র 1d)।
বায়োফিল্মগুলিকে এমন মাইক্রোবিয়াল সম্প্রদায় হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয় যা অপরিবর্তনীয়ভাবে পৃষ্ঠের সাথে সংযুক্ত থাকে এবং স্ব-উত্পাদিত বহির্কোষীয় পলিমার (EPS) দ্বারা বেষ্টিত থাকে। পৃষ্ঠের পরিপক্ক জৈবফিল্ম গঠন খাদ্য শিল্প, জল ব্যবস্থা এবং স্বাস্থ্যসেবা পরিবেশ সহ অনেক শিল্প ক্ষেত্রে উল্লেখযোগ্য ক্ষতির কারণ হতে পারে। মানুষের মধ্যে, যখন বায়োফিল্ম তৈরি হয়, তখন মাইক্রোবিয়াল সংক্রমণের 80% এরও বেশি ক্ষেত্রে (এন্টারোব্যাকটেরিয়াসি এবং স্ট্যাফিলোকোকি সহ) চিকিত্সা করা কঠিন। তদুপরি, পরিপক্ক জৈবফিল্মগুলি প্ল্যাঙ্কটোনিক ব্যাকটেরিয়া কোষের তুলনায় অ্যান্টিবায়োটিক চিকিত্সার প্রতি 1000 গুণ বেশি প্রতিরোধী বলে জানা গেছে, যা একটি প্রধান থেরাপিউটিক চ্যালেঞ্জ হিসাবে বিবেচিত হয়। প্রচলিত জৈব যৌগ থেকে প্রাপ্ত অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল পৃষ্ঠের আবরণ উপকরণ ঐতিহাসিকভাবে ব্যবহার করা হয়েছে। যদিও এই জাতীয় উপকরণগুলিতে প্রায়শই বিষাক্ত উপাদান থাকে যা মানুষের জন্য সম্ভাব্য ঝুঁকিপূর্ণ, 25,26 এটি ব্যাকটেরিয়া সংক্রমণ এবং উপাদান ধ্বংস এড়াতে সাহায্য করতে পারে।
বায়োফিল্ম গঠনের কারণে অ্যান্টিবায়োটিক চিকিৎসার প্রতি ব্যাকটেরিয়ার ব্যাপক প্রতিরোধের ফলে একটি কার্যকর অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল ঝিল্লি-আবৃত পৃষ্ঠ তৈরির প্রয়োজনীয়তা দেখা দিয়েছে যা নিরাপদে প্রয়োগ করা যেতে পারে। এই প্রক্রিয়ার প্রথম পদ্ধতি হল একটি ভৌত ​​বা রাসায়নিক অ্যান্টি-অ্যাড্রেন্ট পৃষ্ঠ তৈরি করা যেখানে ব্যাকটেরিয়া কোষগুলিকে আনুগত্যের কারণে বায়োফিল্মগুলিকে আবদ্ধ করতে এবং তৈরি করতে বাধা দেওয়া হয়। দ্বিতীয় প্রযুক্তি হল এমন আবরণ তৈরি করা যা অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল রাসায়নিকগুলিকে যথাযথভাবে যেখানে প্রয়োজন সেখানে, অত্যন্ত ঘনীভূত এবং উপযুক্ত পরিমাণে সরবরাহ করতে সক্ষম করে। এটি গ্রাফিন/জার্মানিয়াম28, কালো হীরা29 এবং ZnO-ডোপড হীরা-সদৃশ কার্বন আবরণ30 এর মতো অনন্য আবরণ উপকরণ তৈরি করে অর্জন করা হয় যা ব্যাকটেরিয়ার বিরুদ্ধে প্রতিরোধী, একটি প্রযুক্তি যা বায়োফিল্ম গঠনের কারণে বিষাক্ততা এবং প্রতিরোধের বিকাশকে সর্বাধিক করে তোলে তা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়। উপরন্তু, ব্যাকটেরিয়া দূষণ থেকে দীর্ঘমেয়াদী সুরক্ষা প্রদানের জন্য পৃষ্ঠে জীবাণুনাশক রাসায়নিক অন্তর্ভুক্ত করে এমন আবরণগুলি আরও জনপ্রিয় হয়ে উঠছে। যদিও তিনটি পদ্ধতিই প্রলিপ্ত পৃষ্ঠে অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল প্রভাব তৈরি করতে সক্ষম, তবে তাদের প্রত্যেকের নিজস্ব সীমাবদ্ধতা রয়েছে যা প্রয়োগ কৌশল তৈরি করার সময় বিবেচনা করা উচিত।
বর্তমানে বাজারে থাকা পণ্যগুলিতে জৈবিকভাবে সক্রিয় উপাদানগুলির জন্য প্রতিরক্ষামূলক আবরণ বিশ্লেষণ এবং পরীক্ষা করার জন্য পর্যাপ্ত সময় নেই। কোম্পানিগুলি দাবি করে যে তাদের পণ্যগুলি ব্যবহারকারীদের পছন্দসই কার্যকরী দিকগুলি প্রদান করবে; তবে, বর্তমানে বাজারে থাকা পণ্যগুলির সাফল্যের ক্ষেত্রে এটি একটি বাধা হয়ে দাঁড়িয়েছে। রূপা থেকে প্রাপ্ত যৌগগুলি এখন গ্রাহকদের জন্য উপলব্ধ বেশিরভাগ অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল থেরাপিতে ব্যবহৃত হয়। এই পণ্যগুলি ব্যবহারকারীদের অণুজীবের সম্ভাব্য বিপজ্জনক প্রভাব থেকে রক্ষা করার জন্য তৈরি করা হয়েছে। রূপা যৌগগুলির বিলম্বিত অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল প্রভাব এবং এর সাথে সম্পর্কিত বিষাক্ততা গবেষকদের উপর কম ক্ষতিকারক বিকল্প তৈরি করার চাপ বাড়ায় 36,37। ঘরের ভিতরে এবং বাইরে কাজ করে এমন একটি বিশ্বব্যাপী অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল আবরণ তৈরি করা এখনও একটি কঠিন কাজ বলে প্রমাণিত হচ্ছে। এটি স্বাস্থ্য এবং সুরক্ষা উভয়ের জন্যই সম্পর্কিত ঝুঁকির কারণে। মানুষের জন্য কম ক্ষতিকারক একটি অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল এজেন্ট আবিষ্কার করা এবং দীর্ঘ শেলফ লাইফ সহ আবরণ সাবস্ট্রেটে এটি কীভাবে অন্তর্ভুক্ত করা যায় তা খুঁজে বের করা একটি অত্যন্ত চাওয়া-পাওয়া লক্ষ্য 38। সর্বশেষ অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল এবং অ্যান্টি-বায়োফিল্ম উপকরণগুলি সরাসরি যোগাযোগের মাধ্যমে বা সক্রিয় এজেন্ট মুক্তি পাওয়ার পরে ঘনিষ্ঠ পরিসরে ব্যাকটেরিয়া হত্যা করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। তারা প্রাথমিক ব্যাকটেরিয়া আনুগত্যকে বাধা দিয়ে (পৃষ্ঠে প্রোটিন স্তর গঠন প্রতিরোধ সহ) অথবা কোষ প্রাচীরের সাথে হস্তক্ষেপ করে ব্যাকটেরিয়া হত্যা করে এটি করতে পারে।
মৌলিকভাবে, পৃষ্ঠ আবরণ হল পৃষ্ঠ-সম্পর্কিত গুণাবলী উন্নত করার জন্য একটি উপাদানের পৃষ্ঠের উপর আরেকটি স্তর স্থাপনের প্রক্রিয়া। পৃষ্ঠ আবরণের লক্ষ্য হল উপাদানটির কাছাকাছি-পৃষ্ঠ অঞ্চলের মাইক্রোস্ট্রাকচার এবং/অথবা গঠনকে উপযুক্ত করা। পৃষ্ঠ আবরণ কৌশলগুলিকে বিভিন্ন পদ্ধতিতে ভাগ করা যেতে পারে, যা চিত্র 2a-তে সংক্ষিপ্ত করা হয়েছে। আবরণ তৈরিতে ব্যবহৃত পদ্ধতির উপর নির্ভর করে আবরণগুলিকে তাপীয়, রাসায়নিক, ভৌত এবং তড়িৎ রাসায়নিক বিভাগে ভাগ করা যেতে পারে।
(ক) পৃষ্ঠের জন্য ব্যবহৃত প্রধান তৈরির কৌশলগুলি দেখানো ইনসেট, এবং (খ) ঠান্ডা স্প্রে কৌশলের নির্বাচিত সুবিধা এবং অসুবিধাগুলি।
ঠান্ডা স্প্রে প্রযুক্তি প্রচলিত তাপ স্প্রে পদ্ধতির সাথে অনেক মিল ভাগ করে। তবে, কিছু মূল মৌলিক বৈশিষ্ট্যও রয়েছে যা ঠান্ডা স্প্রে প্রক্রিয়া এবং ঠান্ডা স্প্রে উপকরণগুলিকে বিশেষভাবে অনন্য করে তোলে। ঠান্ডা স্প্রে প্রযুক্তি এখনও তার প্রাথমিক পর্যায়ে রয়েছে, তবে এর উজ্জ্বল ভবিষ্যত রয়েছে। কিছু প্রয়োগে, ঠান্ডা স্প্রে এর অনন্য বৈশিষ্ট্যগুলি দুর্দান্ত সুবিধা প্রদান করে, সাধারণ তাপ স্প্রে পদ্ধতির অন্তর্নিহিত সীমাবদ্ধতাগুলি অতিক্রম করে। এটি ঐতিহ্যবাহী তাপ স্প্রে প্রযুক্তির উল্লেখযোগ্য সীমাবদ্ধতাগুলি অতিক্রম করার একটি উপায় প্রদান করে, যার সময় সাবস্ট্রেটে জমা হওয়ার জন্য পাউডারটি গলিয়ে নিতে হয়। স্পষ্টতই, এই ঐতিহ্যবাহী আবরণ প্রক্রিয়াটি ন্যানোক্রিস্টাল, ন্যানো পার্টিকেল, নিরাকার এবং ধাতব কাচের মতো খুব তাপমাত্রা-সংবেদনশীল উপকরণগুলির জন্য উপযুক্ত নয়40, 41, 42। তদুপরি, তাপ স্প্রে আবরণ উপকরণগুলি সর্বদা উচ্চ স্তরের ছিদ্র এবং অক্সাইড প্রদর্শন করে। ঠান্ডা স্প্রে প্রযুক্তির তাপ স্প্রে প্রযুক্তির তুলনায় অনেক উল্লেখযোগ্য সুবিধা রয়েছে, যেমন (i) সাবস্ট্রেটে ন্যূনতম তাপ ইনপুট, (ii) সাবস্ট্রেট আবরণ পছন্দগুলিতে নমনীয়তা, (iii) পর্যায় রূপান্তর এবং শস্য বৃদ্ধির অনুপস্থিতি, (iv) উচ্চ বন্ধন শক্তি1,39 (চিত্র 2b)। এছাড়াও, ঠান্ডা স্প্রে আবরণ উপকরণগুলিতে উচ্চ জারা প্রতিরোধ ক্ষমতা, উচ্চ শক্তি এবং কঠোরতা, উচ্চ বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা এবং উচ্চ ঘনত্ব রয়েছে। কোল্ড স্প্রে প্রক্রিয়ার সুবিধার বিপরীতে, চিত্র 2b-তে দেখানো হয়েছে যে এই কৌশলটি ব্যবহারের কিছু অসুবিধাও রয়েছে। Al2O3, TiO2, ZrO2, WC ইত্যাদির মতো বিশুদ্ধ সিরামিক পাউডার লেপ করার সময়, কোল্ড স্প্রে পদ্ধতি ব্যবহার করা যাবে না। অন্যদিকে, সিরামিক/ধাতু যৌগিক পাউডার লেপ তৈরির কাঁচামাল হিসেবে ব্যবহার করা যেতে পারে। অন্যান্য তাপীয় স্প্রে পদ্ধতির ক্ষেত্রেও একই কথা প্রযোজ্য। জটিল পৃষ্ঠ এবং অভ্যন্তরীণ পাইপ পৃষ্ঠগুলি এখনও স্প্রে করা কঠিন।
বর্তমান কাজের লক্ষ্য হলো কাঁচা আবরণ উপকরণ হিসেবে ধাতব কাঁচের গুঁড়ো ব্যবহার করা, এটা স্পষ্ট যে এই উদ্দেশ্যে প্রচলিত তাপীয় স্প্রে ব্যবহার করা যাবে না। কারণ ধাতব কাঁচের গুঁড়ো উচ্চ তাপমাত্রায় স্ফটিক হয়ে যায়।
চিকিৎসা ও খাদ্য শিল্পে ব্যবহৃত বেশিরভাগ সরঞ্জাম অস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টিলের সংকর ধাতু (SUS316 এবং SUS304) দিয়ে তৈরি, যার ক্রোমিয়ামের পরিমাণ অস্ত্রোপচারের যন্ত্র তৈরির জন্য 12 থেকে 20 wt% এর মধ্যে থাকে। সাধারণত গৃহীত হয় যে ইস্পাত সংকর ধাতুতে সংকর ধাতু হিসেবে ক্রোমিয়াম ধাতুর ব্যবহার স্ট্যান্ডার্ড ইস্পাত সংকর ধাতুর জারা প্রতিরোধ ক্ষমতাকে ব্যাপকভাবে উন্নত করতে পারে। স্টেইনলেস স্টিলের সংকর ধাতু, তাদের উচ্চ জারা প্রতিরোধ ক্ষমতা থাকা সত্ত্বেও, উল্লেখযোগ্য অ্যান্টিমাইক্রোবিয়াল বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে না38,39। এটি তাদের উচ্চ জারা প্রতিরোধ ক্ষমতার সাথে বৈপরীত্য। এর পরে, সংক্রমণ এবং প্রদাহের বিকাশের পূর্বাভাস দেওয়া যেতে পারে, যা মূলত স্টেইনলেস স্টিলের জৈব পদার্থের পৃষ্ঠে ব্যাকটেরিয়া আনুগত্য এবং উপনিবেশ স্থাপনের কারণে ঘটে। ব্যাকটেরিয়া আনুগত্য এবং জৈবফিল্ম গঠনের পথের সাথে সম্পর্কিত উল্লেখযোগ্য অসুবিধার কারণে উল্লেখযোগ্য অসুবিধা দেখা দিতে পারে, যা স্বাস্থ্যের অবনতির দিকে পরিচালিত করতে পারে, যার অনেক পরিণতি হতে পারে যা প্রত্যক্ষ বা পরোক্ষভাবে মানুষের স্বাস্থ্যকে প্রভাবিত করতে পারে।
এই গবেষণাটি কুয়েত ফাউন্ডেশন ফর দ্য অ্যাডভান্সমেন্ট অফ সায়েন্স (KFAS), চুক্তি নং 2010-550401 দ্বারা অর্থায়িত একটি প্রকল্পের প্রথম পর্যায়, যা এমএ প্রযুক্তি (সারণী 1) ব্যবহার করে অ্যান্টিব্যাকটেরিয়াল ফিল্ম/SUS304 পৃষ্ঠ সুরক্ষা আবরণ উৎপাদনের জন্য ধাতব কাঁচের মতো Cu-Zr-Ni টার্নারি পাউডার উৎপাদনের সম্ভাব্যতা তদন্ত করার জন্য। প্রকল্পের দ্বিতীয় পর্যায়, যা 2023 সালের জানুয়ারিতে শুরু হবে, সিস্টেমের ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ক্ষয় বৈশিষ্ট্য এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি বিশদভাবে পরীক্ষা করবে। বিভিন্ন ব্যাকটেরিয়া প্রজাতির জন্য বিস্তারিত মাইক্রোবায়োলজিক্যাল পরীক্ষা করা হবে।
এই গবেষণাপত্রে, কাচ গঠন ক্ষমতার (GFA) উপর Zr অ্যালয়িং উপাদানের প্রভাব রূপগত এবং কাঠামোগত বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে আলোচনা করা হয়েছে। এছাড়াও, প্রলিপ্ত ধাতব কাচের পাউডার আবরণ/SUS304 কম্পোজিট এর অ্যান্টিব্যাকটেরিয়াল বৈশিষ্ট্যগুলিও আলোচনা করা হয়েছে। তদুপরি, তৈরি ধাতব কাচ ব্যবস্থার সাবকুলড তরল অঞ্চলে ঠান্ডা স্প্রে করার সময় ধাতব কাচের পাউডারের কাঠামোগত রূপান্তরের সম্ভাবনা তদন্ত করার জন্য বর্তমান কাজ করা হয়েছে। প্রতিনিধি উদাহরণ হিসেবে, এই গবেষণায় Cu50Zr30Ni20 এবং Cu50Zr20Ni30 ধাতব কাচের অ্যালয় ব্যবহার করা হয়েছে।
এই বিভাগে, কম শক্তির বল মিলিংয়ে মৌলিক Cu, Zr এবং Ni পাউডারের রূপগত পরিবর্তনগুলি উপস্থাপন করা হয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, Cu50Zr20Ni30 এবং Cu50Zr40Ni10 সমন্বিত দুটি ভিন্ন সিস্টেমকে প্রতিনিধিত্বমূলক উদাহরণ হিসাবে ব্যবহার করা হবে। MA প্রক্রিয়াটিকে তিনটি স্বতন্ত্র পর্যায়ে ভাগ করা যেতে পারে, যেমনটি গ্রাইন্ডিং পর্যায়ে উৎপাদিত পাউডারের ধাতব সংক্রান্ত বৈশিষ্ট্য দ্বারা দেখানো হয়েছে (চিত্র 3)।
বল মিলিং সময়ের বিভিন্ন পর্যায়ের পরে প্রাপ্ত যান্ত্রিক খাদ (MA) পাউডারের ধাতব বৈশিষ্ট্য। 3, 12 এবং 50 ঘন্টার কম শক্তির বল মিলিং সময়ের পরে প্রাপ্ত MA এবং Cu50Zr40Ni10 পাউডারের ফিল্ড নির্গমন স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (FE-SEM) চিত্রগুলি Cu50Zr20Ni30 সিস্টেমের জন্য (a), (c) এবং (e) এ দেখানো হয়েছে, যখন একই MA-তে সময়ের পরে নেওয়া Cu50Zr40Ni10 সিস্টেমের অনুরূপ চিত্রগুলি (b), (d) এবং (f) এ দেখানো হয়েছে।
বল মিলিংয়ের সময়, ধাতব পাউডারে স্থানান্তরিত হতে পারে এমন কার্যকর গতিশক্তি চিত্র 1a-তে দেখানো প্যারামিটারগুলির সংমিশ্রণ দ্বারা প্রভাবিত হয়। এর মধ্যে রয়েছে বল এবং পাউডারের মধ্যে সংঘর্ষ, গ্রাইন্ডিং মিডিয়ার মধ্যে বা মাঝখানে আটকে থাকা পাউডারের সংকোচনশীল শিয়ারিং, পতনশীল বলের প্রভাব, চলমান বল মিলিং মিডিয়ার মধ্যে পাউডার টানার কারণে শিয়ার এবং ক্ষয় এবং ফসলের বোঝার মধ্য দিয়ে ছড়িয়ে পড়া বলগুলির মধ্য দিয়ে যাওয়া শক ওয়েভ (চিত্র 1a)। MA (3 ঘন্টা) এর প্রাথমিক পর্যায়ে ঠান্ডা ঢালাইয়ের কারণে মৌলিক Cu, Zr, এবং Ni পাউডারগুলি মারাত্মকভাবে বিকৃত হয়ে যায়, যার ফলে বড় পাউডার কণা (> 1 মিমি ব্যাস) তৈরি হয়। এই বৃহৎ যৌগিক কণাগুলি অ্যালোয়িং উপাদানগুলির পুরু স্তর (Cu, Zr, Ni) গঠন দ্বারা চিহ্নিত করা হয়, যেমন চিত্র 3a, b-তে দেখানো হয়েছে। MA সময় 12 ঘন্টা (মধ্যবর্তী পর্যায়ে) বৃদ্ধি করার ফলে বল মিলের গতিশক্তি বৃদ্ধি পায়, যার ফলে যৌগিক পাউডারের পচন সূক্ষ্ম পাউডারে (200 µm-এর কম) পরিণত হয়, যেমন চিত্র 3c, d-তে দেখানো হয়েছে। এই সময়ে স্তরে, প্রয়োগকৃত শিয়ার বল সূক্ষ্ম Cu, Zr, Ni ইঙ্গিত স্তর সহ একটি নতুন ধাতব পৃষ্ঠ গঠনের দিকে পরিচালিত করে, যেমন চিত্র 3c, d-তে দেখানো হয়েছে। স্তর পরিশোধনের ফলে, ফ্লেক্সের ইন্টারফেসে কঠিন পর্যায় বিক্রিয়া ঘটে নতুন পর্যায় তৈরি করে।
MA প্রক্রিয়ার চূড়ান্ত পর্যায়ে (৫০ ঘন্টা পরে), ফ্লেকি মেটালোগ্রাফি কেবল অস্পষ্টভাবে দৃশ্যমান ছিল (চিত্র ৩e, চ), কিন্তু পাউডারের পালিশ করা পৃষ্ঠে মিরর মেটালোগ্রাফি দেখা গেছে। এর অর্থ হল MA প্রক্রিয়াটি সম্পন্ন হয়েছে এবং একটি একক বিক্রিয়া পর্যায়ের সৃষ্টি হয়েছে। চিত্র ৩e (I, II, III), f, v, vi) তে তালিকাভুক্ত অঞ্চলগুলির মৌলিক গঠন নির্ধারণ করা হয়েছিল ক্ষেত্র নির্গমন স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (FE-SEM) এবং শক্তি বিচ্ছুরক এক্স-রে স্পেকট্রোস্কোপি (EDS) (IV) ব্যবহার করে।
সারণি ২-এ, সংকর ধাতুর উপাদানগুলির মৌলিক ঘনত্ব চিত্র ৩e,f-এ নির্বাচিত প্রতিটি অঞ্চলের মোট ওজনের শতাংশ হিসাবে দেখানো হয়েছে। সারণি ১-এ তালিকাভুক্ত Cu50Zr20Ni30 এবং Cu50Zr40Ni10-এর প্রারম্ভিক নামমাত্র রচনাগুলির সাথে এই ফলাফলগুলির তুলনা করলে দেখা যায় যে এই দুটি চূড়ান্ত পণ্যের সংমিশ্রণের মান নামমাত্র রচনাগুলির সাথে খুব মিল। তদুপরি, চিত্র ৩e,f-এ তালিকাভুক্ত অঞ্চলগুলির জন্য আপেক্ষিক উপাদান মানগুলি এক অঞ্চল থেকে অন্য অঞ্চলে প্রতিটি নমুনার সংমিশ্রণে উল্লেখযোগ্য অবনতি বা ওঠানামা বোঝায় না। এটি প্রমাণ করে যে এক অঞ্চল থেকে অন্য অঞ্চলে সংমিশ্রণের কোনও পরিবর্তন নেই। এটি সমজাতীয় সংকর ধাতু পাউডারের উৎপাদনের দিকে নির্দেশ করে, যেমনটি সারণি ২-এ দেখানো হয়েছে।
চিত্র 4a–d-এ দেখানো হয়েছে, চূড়ান্ত পণ্য Cu50(Zr50−xNix) পাউডারের FE-SEM মাইক্রোগ্রাফগুলি 50 MA বার পরে পাওয়া গেছে, যেখানে x যথাক্রমে 10, 20, 30 এবং 40 at.%। এই মিলিং ধাপের পরে, ভ্যান ডার ওয়েলস প্রভাবের কারণে পাউডার একত্রিত হয়, যার ফলে 73 থেকে 126 nm ব্যাসের অতি সূক্ষ্ম কণা সমন্বিত বৃহৎ সমষ্টি তৈরি হয়, যেমন চিত্র 4-এ দেখানো হয়েছে।
৫০ ঘন্টার MA সময়ের পরে প্রাপ্ত Cu50(Zr50−xNix) পাউডারের রূপতাত্ত্বিক বৈশিষ্ট্য। Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 সিস্টেমের জন্য, ৫০ MA সময়ের পরে প্রাপ্ত পাউডারের FE-SEM চিত্র যথাক্রমে (a), (b), (c) এবং (d) তে দেখানো হয়েছে।
পাউডারগুলিকে একটি ঠান্ডা স্প্রে ফিডারে লোড করার আগে, প্রথমে এগুলিকে বিশ্লেষণাত্মক গ্রেড ইথানলে 15 মিনিটের জন্য সোনিকেটেড করা হয়েছিল এবং তারপর 150°C তাপমাত্রায় 2 ঘন্টার জন্য শুকানো হয়েছিল। আবরণ প্রক্রিয়া জুড়ে প্রায়শই অনেক উল্লেখযোগ্য সমস্যা সৃষ্টি করে এমন জমাটবদ্ধতা সফলভাবে মোকাবেলা করার জন্য এই পদক্ষেপটি গ্রহণ করা আবশ্যক। MA প্রক্রিয়া সম্পন্ন হওয়ার পরে, অ্যালয় পাউডারের একজাততা তদন্ত করার জন্য আরও বৈশিষ্ট্যগুলি সম্পন্ন করা হয়েছিল। চিত্র 5a–d যথাক্রমে 50 ঘন্টা M সময়ের পরে প্রাপ্ত Cu50Zr30Ni20 অ্যালয়ের Cu, Zr এবং Ni অ্যালয়িং উপাদানগুলির FE-SEM মাইক্রোগ্রাফ এবং সংশ্লিষ্ট EDS চিত্রগুলি দেখায়। এটি লক্ষ করা উচিত যে এই পদক্ষেপের পরে উৎপাদিত অ্যালয় পাউডারগুলি একজাত কারণ তারা সাব-ন্যানোমিটার স্তরের বাইরে কোনও গঠনগত ওঠানামা দেখায় না, যেমন চিত্র 5-এ দেখানো হয়েছে।
FE-SEM/শক্তি বিচ্ছুরণকারী এক্স-রে স্পেকট্রোস্কোপি (EDS) দ্বারা 50 MA বার পরে প্রাপ্ত MG Cu50Zr30Ni20 পাউডারের রূপবিদ্যা এবং স্থানীয় মৌলিক বন্টন। (a) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα এবং (d) Ni-Kα চিত্রের SEM এবং এক্স-রে EDS ম্যাপিং।
৫০ ঘন্টার MA সময়ের পরে প্রাপ্ত যান্ত্রিকভাবে সংকরায়িত Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 এবং Cu50Zr20Ni30 পাউডারের XRD প্যাটার্নগুলি যথাক্রমে চিত্র 6a–d-এ দেখানো হয়েছে। মিলিংয়ের এই পর্যায়ের পরে, বিভিন্ন Zr ঘনত্বের সমস্ত নমুনা চিত্র 6-এ দেখানো বৈশিষ্ট্যযুক্ত হ্যালো ডিফিউশন প্যাটার্ন সহ নিরাকার কাঠামো দেখিয়েছে।
৫০ ঘন্টার MA সময়ের পরে (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 এবং (d) Cu50Zr20Ni30 পাউডারের XRD প্যাটার্ন। ব্যতিক্রম ছাড়া সমস্ত নমুনায় একটি হ্যালো ডিফিউশন প্যাটার্ন দেখানো হয়েছে, যা একটি নিরাকার পর্যায়ের গঠনকে নির্দেশ করে।
বিভিন্ন MA সময়ে বল মিলিংয়ের ফলে সৃষ্ট পাউডারের কাঠামোগত পরিবর্তনগুলি পর্যবেক্ষণ এবং স্থানীয় কাঠামো বোঝার জন্য ফিল্ড এমিশন হাই-রেজোলিউশন ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (FE-HRTEM) ব্যবহার করা হয়েছিল। Cu50Zr30Ni20 এবং Cu50Zr40Ni10 পাউডারের মিলিংয়ের প্রাথমিক (6 ঘন্টা) এবং মধ্যবর্তী (18 ঘন্টা) পর্যায়ের পরে প্রাপ্ত পাউডারের FE-HRTEM চিত্রগুলি যথাক্রমে চিত্র 7a,c এ দেখানো হয়েছে। MA 6 ঘন্টা পরে উৎপাদিত পাউডারের উজ্জ্বল ক্ষেত্র চিত্র (BFI) অনুসারে, পাউডারটি fcc-Cu, hcp-Zr এবং fcc-Ni উপাদানগুলির সুনির্দিষ্ট সীমানা সহ বৃহৎ শস্য দ্বারা গঠিত, এবং চিত্র 7a তে দেখানো হয়েছে এমন কোনও লক্ষণ নেই যে প্রতিক্রিয়া পর্যায় গঠিত হয়েছে। তদুপরি, (a) এর মধ্যবর্তী অঞ্চল থেকে নেওয়া পারস্পরিক সম্পর্কযুক্ত নির্বাচিত এলাকা বিবর্তন প্যাটার্ন (SADP) একটি cusp বিবর্তন প্যাটার্ন (চিত্র 7b) প্রকাশ করেছে, যা বৃহৎ স্ফটিকের উপস্থিতি এবং প্রতিক্রিয়াশীল পর্যায়ের অনুপস্থিতি নির্দেশ করে।
প্রাথমিক (6 ঘন্টা) এবং মধ্যবর্তী (18 ঘন্টা) পর্যায়ের পরে প্রাপ্ত MA পাউডারের স্থানীয় কাঠামোগত বৈশিষ্ট্য। (a) ক্ষেত্র নির্গমন উচ্চ রেজোলিউশন ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (FE-HRTEM), এবং (b) 6 ঘন্টা ধরে MA চিকিত্সার পরে Cu50Zr30Ni20 পাউডারের সংশ্লিষ্ট নির্বাচিত এলাকা বিবর্তন প্যাটার্ন (SADP)। 18 ঘন্টার MA সময় পরে প্রাপ্ত Cu50Zr40Ni10 এর FE-HRTEM চিত্রটি (c) এ দেখানো হয়েছে।
চিত্র ৭গ-এ দেখানো হয়েছে, এমএ সময়কাল ১৮ ঘন্টা পর্যন্ত বাড়ানো হলে প্লাস্টিকের বিকৃতির সাথে মিলিত হয়ে গুরুতর জালির ত্রুটি দেখা দেয়। এমএ প্রক্রিয়ার এই মধ্যবর্তী পর্যায়ে, পাউডারটি বিভিন্ন ত্রুটি প্রদর্শন করে, যার মধ্যে রয়েছে স্ট্যাকিং ফল্ট, জালির ত্রুটি এবং বিন্দু ত্রুটি (চিত্র ৭)। এই ত্রুটিগুলির কারণে বৃহৎ দানাগুলি তাদের শস্যের সীমানা বরাবর ২০ ন্যানোমিটারের কম আকারের উপ-দানাগুলিতে বিভক্ত হয়ে যায় (চিত্র ৭গ)।
৩৬ ঘন্টা MA সময়ের জন্য মিশ্রিত Cu50Z30Ni20 পাউডারের স্থানীয় কাঠামোতে একটি নিরাকার সূক্ষ্ম ম্যাট্রিক্সে এমবেড করা অতি সূক্ষ্ম ন্যানোগ্রেন তৈরি হয়েছে, যেমনটি চিত্র ৮ক-এ দেখানো হয়েছে। স্থানীয় EDS বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে চিত্র ৮ক-এ দেখানো ন্যানোক্লাস্টারগুলি অপ্রক্রিয়াজাত Cu, Zr এবং Ni পাউডার অ্যালোয়িং উপাদানগুলির সাথে যুক্ত ছিল। একই সময়ে, ম্যাট্রিক্সের Cu উপাদান ~32 at.% (lean area) থেকে ~74 at.% (সমৃদ্ধ area) এ ওঠানামা করে, যা ভিন্নজাতীয় পণ্যের গঠন নির্দেশ করে। অধিকন্তু, এই পর্যায়ে মিলিংয়ের পরে প্রাপ্ত পাউডারের সংশ্লিষ্ট SADP গুলি নিরাকার পর্যায়ের হ্যালো-ডিফিউজিং প্রাথমিক এবং গৌণ রিং দেখায়, যা সেই কাঁচা অ্যালোয়িং উপাদানগুলির সাথে যুক্ত তীক্ষ্ণ বিন্দুগুলির সাথে ওভারল্যাপ করে, যেমন চিত্র ৮খ-এ দেখানো হয়েছে।
৩৬ ঘন্টা-Cu50Zr30Ni20 পাউডার ন্যানোস্কেলের বাইরে স্থানীয় কাঠামোগত বৈশিষ্ট্য। (ক) উজ্জ্বল ক্ষেত্র চিত্র (BFI) এবং সংশ্লিষ্ট (খ) ৩৬ ঘন্টা MA সময় ধরে মিলিংয়ের পরে প্রাপ্ত Cu50Zr30Ni20 পাউডারের SADP।
MA প্রক্রিয়ার শেষের দিকে (50 ঘন্টা), Cu50(Zr50−xNix), X; 10, 20, 30 এবং 40 at.% পাউডারগুলিতে চিত্র 9a–d-এ দেখানো হয়েছে এমন একটি গোলকধাঁধাঁর নিরাকার ফেজ মর্ফোলজি থাকে। প্রতিটি রচনার সংশ্লিষ্ট SADP-তে, বিন্দু-সদৃশ বিবর্তন বা তীক্ষ্ণ বৃত্তাকার প্যাটার্ন সনাক্ত করা যায়নি। এটি নির্দেশ করে যে কোনও অপ্রক্রিয়াজাত স্ফটিক ধাতু উপস্থিত নেই, বরং একটি নিরাকার মিশ্র পাউডার তৈরি হয়েছে। হ্যালো ডিফিউশন প্যাটার্ন দেখানো এই পারস্পরিক সম্পর্কযুক্ত SADP গুলিও চূড়ান্ত পণ্য উপাদানে নিরাকার ফেজগুলির বিকাশের প্রমাণ হিসাবে ব্যবহৃত হয়েছিল।
MG Cu50 (Zr50−xNix) সিস্টেমের চূড়ান্ত পণ্যের স্থানীয় কাঠামো। FE-HRTEM এবং (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 এবং (d) Cu50Zr10Ni40 এর পারস্পরিক সম্পর্কযুক্ত ন্যানোবিম বিবর্তন প্যাটার্ন (NBDP) 50 ঘন্টা MA পরে প্রাপ্ত।
নিরাকার Cu50(Zr50−xNix) সিস্টেমের Ni কন্টেন্ট (x) এর ফাংশন হিসেবে কাচের ট্রানজিশন তাপমাত্রা (Tg), সাবকুলড তরল অঞ্চল (ΔTx) এবং স্ফটিকীকরণ তাপমাত্রা (Tx) এর তাপীয় স্থিতিশীলতা He গ্যাস প্রবাহের অধীনে বৈশিষ্ট্যের ডিফারেনশিয়াল স্ক্যানিং ক্যালোরিমেট্রি (DSC) ব্যবহার করে তদন্ত করা হয়েছে। 50 ঘন্টার MA সময়ের পরে প্রাপ্ত Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 এবং Cu50Zr10Ni40 নিরাকার অ্যালয় পাউডারের DSC ট্রেস যথাক্রমে চিত্র 10a, b, e তে দেখানো হয়েছে। নিরাকার Cu50Zr20Ni30 এর DSC বক্ররেখা চিত্র 10c তে আলাদাভাবে দেখানো হয়েছে। এদিকে, DSC তে ~700 °C তাপমাত্রায় উত্তপ্ত Cu50Zr30Ni20 নমুনা চিত্র 10d তে দেখানো হয়েছে।
কাচের রূপান্তর তাপমাত্রা (Tg), স্ফটিকীকরণ তাপমাত্রা (Tx) এবং সাবকুলড তরল অঞ্চল (ΔTx) দ্বারা সূচিত 50 ঘন্টার MA সময়ের পরে প্রাপ্ত Cu50(Zr50−xNix) MG পাউডারের তাপীয় স্থিতিশীলতা। 50 ঘন্টার MA সময়ের পরে (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 এবং (e) Cu50Zr10Ni40 MG অ্যালয় পাউডারের ডিফারেনশিয়াল স্ক্যানিং ক্যালোরিমিটার (DSC) থার্মোগ্রাম। DSC-তে ~700 °C তাপমাত্রায় উত্তপ্ত Cu50Zr30Ni20 নমুনার এক্স-রে ডিফ্রাকশন (XRD) প্যাটার্নটি (d) এ দেখানো হয়েছে।
চিত্র ১০-এ দেখানো হয়েছে, বিভিন্ন Ni ঘনত্ব (x) সহ সমস্ত রচনার DSC বক্ররেখা দুটি ভিন্ন ক্ষেত্রে নির্দেশ করে, একটি এন্ডোথার্মিক এবং অন্যটি এক্সোথার্মিক। প্রথম এন্ডোথার্মিক ঘটনাটি Tg-এর সাথে মিলে যায়, যখন দ্বিতীয়টি Tx-এর সাথে সম্পর্কিত। Tg এবং Tx-এর মধ্যে বিদ্যমান অনুভূমিক স্প্যান অঞ্চলটিকে সাবকুলড তরল অঞ্চল (ΔTx = Tx – Tg) বলা হয়। ফলাফলগুলি দেখায় যে Cu50Zr40Ni10 নমুনার Tg এবং Tx, 526°C এবং 612°C তাপমাত্রায় স্থাপন করা হয়েছে, চিত্র ১০b-তে দেখানো হয়েছে, Ni সামগ্রী (x) বৃদ্ধির সাথে সাথে যথাক্রমে 482°C এবং 563°C এর নিম্ন তাপমাত্রার দিকে (x) 20 at.%-এ স্থানান্তরিত করে। ফলস্বরূপ, Cu50Zr40Ni10 এর ΔTx 86°C (চিত্র 10a) থেকে 81°C-তে হ্রাস পায়। Cu50Zr30Ni20 (চিত্র 10b)। MG Cu50Zr40Ni10 অ্যালয়-এর ক্ষেত্রে, এটিও দেখা গেছে যে Tg, Tx এবং ΔTx-এর মান 447°C, 526°C এবং 79°C-এর স্তরে হ্রাস পেয়েছে (চিত্র 10b)। এটি ইঙ্গিত দেয় যে Ni-এর পরিমাণ বৃদ্ধির ফলে MG অ্যালয়-এর তাপীয় স্থায়িত্ব হ্রাস পায়। বিপরীতে, MG Cu50Zr20Ni30 অ্যালয়-এর Tg মান (507 °C) MG Cu50Zr40Ni10 অ্যালয়-এর তুলনায় কম; তবুও, এর Tx পূর্ববর্তী (612 °C) এর সাথে তুলনীয় মান দেখায়। অতএব, ΔTx-এর মান (87°C) বেশি, যেমন চিত্র 10c-তে দেখানো হয়েছে।
MG Cu50(Zr50−xNix) সিস্টেম, MG Cu50Zr20Ni30 অ্যালয়কে উদাহরণ হিসেবে গ্রহণ করে, একটি তীক্ষ্ণ এক্সোথার্মিক শিখরের মধ্য দিয়ে fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10 এবং orthorhombic-ZrNi (চিত্র 10c) এর স্ফটিক পর্যায়ে স্ফটিকায়িত হয়। এই নিরাকার থেকে স্ফটিক পর্যায়ের রূপান্তরটি MG নমুনার XRD (চিত্র 10d) দ্বারা নিশ্চিত করা হয়েছিল, যা DSC-তে 700 °C তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করা হয়েছিল।
চিত্র ১১ বর্তমান কাজে সম্পাদিত ঠান্ডা স্প্রে প্রক্রিয়ার সময় তোলা ছবিগুলি দেখায়। এই গবেষণায়, ৫০ ঘন্টার MA সময়ের পরে সংশ্লেষিত ধাতব কাচের মতো পাউডার কণাগুলি (উদাহরণস্বরূপ Cu50Zr20Ni30 গ্রহণ করে) অ্যান্টিব্যাকটেরিয়াল কাঁচামাল হিসাবে ব্যবহার করা হয়েছিল এবং স্টেইনলেস স্টিল প্লেট (SUS304) ঠান্ডা স্প্রে প্রযুক্তি দ্বারা আবরণ করা হয়েছিল। তাপ স্প্রে প্রযুক্তি সিরিজে আবরণের জন্য ঠান্ডা স্প্রে পদ্ধতিটি বেছে নেওয়া হয়েছিল কারণ এটি তাপ স্প্রে সিরিজের সবচেয়ে কার্যকর পদ্ধতি এবং এটি ধাতব মেটাস্টেবল তাপমাত্রা সংবেদনশীল উপকরণ যেমন অ্যামোরফাস এবং ন্যানোক্রিস্টালাইন পাউডারের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, যা ফেজ ট্রানজিশনের বিষয় নয়। এই পদ্ধতিটি বেছে নেওয়ার ক্ষেত্রে এটিই প্রধান বিষয়। ঠান্ডা স্প্রে প্রক্রিয়াটি উচ্চ-বেগের কণা ব্যবহার করে পরিচালিত হয় যা কণার গতিশক্তিকে প্লাস্টিকের বিকৃতি, স্ট্রেন এবং তাপে রূপান্তর করে যখন সাবস্ট্রেট বা পূর্বে জমা হওয়া কণার সাথে আঘাত করে।
মাঠের ছবিগুলিতে ৫৫০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে MG আবরণ/SUS 304 এর টানা পাঁচটি প্রস্তুতির জন্য ব্যবহৃত ঠান্ডা স্প্রে পদ্ধতি দেখানো হয়েছে।
কণার গতিশক্তি, এবং এইভাবে আবরণ গঠনে প্রতিটি কণার ভরবেগ, প্লাস্টিক বিকৃতি (স্তরে প্রাথমিক কণা এবং কণা-কণা মিথস্ক্রিয়া এবং কণা মিথস্ক্রিয়া), শূন্যস্থান একত্রীকরণ, কণা-কণা ঘূর্ণন, স্ট্রেন এবং পরিণামে তাপের মতো প্রক্রিয়ার মাধ্যমে অন্যান্য শক্তিতে রূপান্তরিত করতে হবে 39. অধিকন্তু, যদি সমস্ত আগত গতিশক্তি তাপ এবং স্ট্রেন শক্তিতে রূপান্তরিত না হয়, তবে ফলাফল একটি স্থিতিস্থাপক সংঘর্ষ হয়, যার অর্থ হল কণাগুলি কেবল আঘাতের পরে ফিরে আসে। এটি উল্লেখ করা হয়েছে যে কণা/সাবস্ট্রেট উপাদানে প্রয়োগ করা প্রভাব শক্তির 90% স্থানীয় তাপে রূপান্তরিত হয় 40. অধিকন্তু, যখন প্রভাব চাপ প্রয়োগ করা হয়, তখন খুব অল্প সময়ের মধ্যে যোগাযোগ কণা/সাবস্ট্রেট অঞ্চলে উচ্চ প্লাস্টিক স্ট্রেন হার অর্জন করা হয়41,42।
প্লাস্টিক বিকৃতিকে সাধারণত শক্তি অপচয়ের প্রক্রিয়া হিসেবে বিবেচনা করা হয়, অথবা আরও স্পষ্টভাবে বলতে গেলে, আন্তঃমুখ অঞ্চলে তাপের উৎস হিসেবে বিবেচনা করা হয়। তবে, আন্তঃমুখ অঞ্চলে তাপমাত্রা বৃদ্ধি সাধারণত আন্তঃমুখ গলানোর জন্য বা পারমাণবিক আন্তঃপ্রসারণকে উল্লেখযোগ্যভাবে উৎসাহিত করার জন্য যথেষ্ট নয়। লেখকদের জানা কোনও প্রকাশনা এই ধাতব কাঁচের গুঁড়োর বৈশিষ্ট্যের পাউডার আনুগত্য এবং জমার উপর প্রভাব তদন্ত করে না যা ঠান্ডা স্প্রে পদ্ধতি ব্যবহার করার সময় ঘটে।
MG Cu50Zr20Ni30 অ্যালয় পাউডারের BFI চিত্র 12a তে দেখা যাচ্ছে, যা SUS 304 সাবস্ট্রেটের উপর লেপিত ছিল (চিত্র 11, 12b)। চিত্র থেকে দেখা যাচ্ছে, লেপযুক্ত পাউডারগুলি তাদের মূল নিরাকার কাঠামো বজায় রাখে কারণ তাদের কোনও স্ফটিক বৈশিষ্ট্য বা জালির ত্রুটি ছাড়াই একটি সূক্ষ্ম গোলকধাঁধা কাঠামো রয়েছে। অন্যদিকে, চিত্রটি একটি বহিরাগত পর্যায়ের উপস্থিতি নির্দেশ করে, যেমনটি MG-কোটেড পাউডার ম্যাট্রিক্সে অন্তর্ভুক্ত ন্যানো পার্টিকেল দ্বারা প্রস্তাবিত (চিত্র 12a)। চিত্র 12c অঞ্চল I (চিত্র 12a) এর সাথে সম্পর্কিত সূচিবদ্ধ ন্যানোবিম বিবর্তন প্যাটার্ন (NBDP) চিত্রিত করে। চিত্র 12c তে দেখানো হয়েছে, NBDP নিরাকার কাঠামোর একটি দুর্বল হ্যালো ডিফিউশন প্যাটার্ন প্রদর্শন করে এবং স্ফটিক বৃহৎ ঘনক Zr2Ni মেটাস্টেবল প্লাস টেট্রাগোনাল CuO ফেজের সাথে সম্পর্কিত ধারালো প্যাচগুলির সাথে সহাবস্থান করে। স্প্রে গানের অগ্রভাগ থেকে SUS 304 এ ভ্রমণ করার সময় পাউডারের জারণের জন্য CuO গঠন দায়ী করা যেতে পারে। সুপারসনিক প্রবাহের অধীনে খোলা বাতাস। অন্যদিকে, ধাতব কাঁচের গুঁড়োগুলির বিচ্যুতিকরণ 550 °C তাপমাত্রায় 30 মিনিটের জন্য ঠান্ডা স্প্রে চিকিত্সার পরে বৃহৎ ঘনক পর্যায় গঠন অর্জন করে।
(a) (b) SUS 304 সাবস্ট্রেটের উপর লেপা MG পাউডারের FE-HRTEM চিত্র (চিত্রের ইনসেট)। (a) তে দেখানো বৃত্তাকার প্রতীকের সূচক NBDP (c) তে দেখানো হয়েছে।
বৃহৎ ঘন Zr2Ni ন্যানো পার্টিকেল গঠনের এই সম্ভাব্য প্রক্রিয়াটি যাচাই করার জন্য, একটি স্বাধীন পরীক্ষা করা হয়েছিল। এই পরীক্ষায়, SUS 304 সাবস্ট্রেটের দিকে 550 °C তাপমাত্রায় একটি স্প্রে বন্দুক থেকে পাউডারগুলি স্প্রে করা হয়েছিল; তবে, পাউডারগুলির অ্যানিলিং প্রভাব স্পষ্ট করার জন্য, যত তাড়াতাড়ি সম্ভব SUS304 স্ট্রিপ থেকে সেগুলি সরিয়ে ফেলা হয়েছিল (প্রায় 60 সেকেন্ড)। আরও একটি পরীক্ষা চালানো হয়েছিল যেখানে জমা হওয়ার প্রায় 180 সেকেন্ড পরে সাবস্ট্রেট থেকে পাউডার সরানো হয়েছিল।
চিত্র ১৩ক, খ-এ SUS 304 সাবস্ট্রেটে যথাক্রমে 60 সেকেন্ড এবং 180 সেকেন্ডের জন্য জমা হওয়া দুটি স্প্রে করা পদার্থের ট্রান্সমিশন ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (STEM) স্ক্যান করে প্রাপ্ত ডার্ক ফিল্ড ইমেজ (DFI) দেখানো হয়েছে। 60 সেকেন্ডের জন্য জমা হওয়া পাউডার ছবিতে কোনও রূপগত বিবরণ নেই, যা বৈশিষ্ট্যহীনতা দেখায় (চিত্র 13ক)। XRD-এর দ্বারাও এটি নিশ্চিত করা হয়েছে, যা নির্দেশ করে যে এই পাউডারগুলির সাধারণ কাঠামো নিরাকার ছিল, যেমন চিত্র 14ক-এ দেখানো বিস্তৃত প্রাথমিক এবং গৌণ বিবর্তন ম্যাক্সিমা দ্বারা নির্দেশিত। এগুলি মেটাস্টেবল/মেসোফেজ বৃষ্টিপাতের অনুপস্থিতি নির্দেশ করে, যেখানে পাউডারটি তার মূল নিরাকার কাঠামো ধরে রাখে। বিপরীতে, একই তাপমাত্রায় (550 °C) স্প্রে করা পাউডার, কিন্তু 180 সেকেন্ডের জন্য সাবস্ট্রেটে রেখে দেওয়া হয়েছিল, ন্যানো-আকারের শস্যের বৃষ্টিপাত দেখিয়েছিল, যেমন চিত্র 13খ-এ তীর দ্বারা নির্দেশিত।