Go raibh maith agat as cuairt a thabhairt ar Nature.com. Tá tacaíocht theoranta do CSS sa leagan brabhsálaí atá in úsáid agat. Chun an taithí is fearr a fháil, molaimid duit brabhsálaí nuashonraithe a úsáid (nó Mód Comhoiriúnachta a dhíchumasú in Internet Explorer). Idir an dá linn, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, déanfaimid an suíomh a rindreáil gan stíleanna ná JavaScript.
Is cuid thábhachtach iad bithfhilmeanna i bhforbairt ionfhabhtuithe ainsealacha, go háirithe maidir le feistí leighis. Cuireann an fhadhb seo dúshlán ollmhór i láthair an phobail leighis, toisc nach féidir le antaibheathaigh chaighdeánacha bithfhilmeanna a scrios ach go pointe an-teoranta. Mar thoradh ar chosc a chur ar fhoirmiú bithfhilmeanna, tá modhanna sciath éagsúla agus ábhair nua forbartha. Tá sé mar aidhm ag na teicnící seo dromchlaí a sciathú ar bhealach a chuireann cosc ​​ar fhoirmiú bithfhilmeanna. Tá cóimhiotail ghloineacha, go háirithe iad siúd ina bhfuil miotail chopair agus tíotáiniam, ina sciatha frithmhiocróbacha idéalacha. Ag an am céanna, tá méadú tagtha ar úsáid na teicneolaíochta spraeála fuar toisc gur modh oiriúnach í chun ábhair íogaire teochta a phróiseáil. Ba chuid de sprioc an taighde seo scannán nua frithbhaictéarach gloine mhiotalach a fhorbairt atá comhdhéanta de Cu-Zr-Ni trínártha ag baint úsáide as teicnící cóimhiotalaithe meicniúla. Úsáidtear an púdar sféarúil a dhéanann suas an táirge deiridh mar amhábhar le haghaidh spraeáil fuar dromchlaí cruach dhosmálta ag teochtaí ísle. Bhí foshraitheanna brataithe le gloine miotail in ann foirmiú bithfhilmeanna a laghdú go suntasach faoi 1 log ar a laghad i gcomparáid le cruach dhosmálta.
Le linn stair an chine dhaonna, bhí aon tsochaí in ann ábhair nua a fhorbairt agus a chur chun cinn chun freastal ar a riachtanais shonracha, rud a d’fhág go raibh táirgiúlacht agus rangú méadaithe i ngeilleagar domhandaithe1. Cuireadh i leith i gcónaí é seo don chumas daonna ábhair agus trealamh déantúsaíochta a dhearadh, chomh maith le dearaí chun ábhair a mhonarú agus a shainiú chun sláinte, oideachas, tionscal, eacnamaíocht, cultúr agus réimsí eile a bhaint amach ó thír nó réigiún amháin go tír nó réigiún eile. Déantar dul chun cinn a thomhas beag beann ar thír nó réigiún2. Le 60 bliain anuas, tá go leor ama caite ag eolaithe ábhar ar phríomhthasc amháin: cuardach a dhéanamh ar ábhair nua agus ardleibhéil. Dhírigh taighde le déanaí ar cháilíocht agus ar fheidhmíocht ábhar atá ann cheana a fheabhsú, chomh maith le cineálacha ábhar nua go hiomlán a shintéisiú agus a chumadh.
Mar thoradh ar chur leis na heilimintí cóimhiotail, modhnú mhicreastruchtúr an ábhair agus cur i bhfeidhm modhanna cóireála teirmeacha, meicniúla nó teirmimheicniúla, tá feabhas suntasach tagtha ar airíonna meicniúla, ceimiceacha agus fisiceacha ábhar éagsúil. Ina theannta sin, tá comhdhúile nach raibh ar eolas againn go dtí seo sintéisithe go rathúil. Mar thoradh ar na hiarrachtaí leanúnacha seo, tá teaghlach nua d’ábhair nuálacha ar a dtugtar Ábhair Ardleibhéil2 ann. Níl i nanachriostail, nana-cháithníní, nana-fheadáin, poncanna candamacha, gloiní miotalacha neamh-thoiseacha, neamh-mhorfacha, agus cóimhiotail ard-eantrópa ach roinnt samplaí d’ábhair ardleibhéil atá le feiceáil ar domhan ó lár na haoise seo caite. I monarú agus i bhforbairt cóimhiotal nua le hairíonna feabhsaithe, sa táirge deiridh agus i gcéimeanna idirmheánacha a tháirgthe araon, is minic a chuirtear fadhb na neamhchothromaíochta leis. Mar thoradh ar thabhairt isteach teicnící déantúsaíochta nua a cheadaíonn dialltaí suntasacha ón gcothromaíocht, tá rang nua iomlán de chóimhiotail mheitea-inbhásaithe, ar a dtugtar gloiní miotalacha, aimsithe.
Rinne a chuid oibre ag Caltech sa bhliain 1960 réabhlóid ar choincheap na gcóimhiotal miotail nuair a shintéisigh sé cóimhiotail ghloineacha Au-25 ag.% Si trí leachtanna a sholadú go tapa ag beagnach milliún céim in aghaidh an tsoicind.4 Ní hamháin gur mharcáil fionnachtain an Ollaimh Paul Duves tús stair na ngloiní miotail (MS), ach ba chúis léi athrú paraidíme i smaointeoireacht daoine faoi chóimhiotail miotail. Ó rinneadh an chéad taighde ceannródaíoch i sintéis cóimhiotal MS, fuarthas beagnach gach gloiní miotalach go hiomlán trí cheann de na modhanna seo a leanas a úsáid: (i) soladú tapa an leá nó an gaile, (ii) neamhord laitíse adamhach, (iii) imoibrithe aimirfiúcháin stáit sholadaigh idir dúile miotalacha íona agus (iv) aistrithe céime soladaí de chéimeanna meiteastábla.
Is sainairíonna do MGanna easpa ord adamhach fadraoin a bhaineann le criostail, rud atá ina shaintréith de chriostail. Sa domhan nua-aimseartha, tá dul chun cinn mór déanta i réimse an ghloine mhiotalach. Is ábhair nua iad seo a bhfuil airíonna suimiúla acu atá spéisiúil ní hamháin don fhisic stáit sholadaigh, ach freisin don mhiotaleolaíocht, don cheimic dhromchla, don teicneolaíocht, don bhitheolaíocht, agus do go leor réimsí eile. Tá airíonna ag an gcineál nua ábhair seo atá difriúil ó mhiotail chrua, rud a fhágann gur iarrthóir suimiúil é d'fheidhmchláir theicneolaíocha i réimse réimsí. Tá roinnt airíonna tábhachtacha acu: (i) insínteacht mheicniúil agus neart toraidh ard, (ii) tréscaoilteacht mhaighnéadach ard, (iii) comhéigeantacht íseal, (iv) friotaíocht creimeadh neamhghnách, (v) neamhspleáchas teochta. Seoltacht 6.7.
Is modh réasúnta nua é cóimhiotalú meicniúil (MA)1,8, a tugadh isteach den chéad uair i 19839 ag an Ollamh KK Kok agus a chomhghleacaithe. Tháirg siad púdair neamhchruthacha Ni60Nb40 trí mheascán d'eilimintí íona a mheilt ag teocht chomhthimpeallach an-ghar do theocht an tseomra. De ghnáth, déantar an t-imoibriú MA idir nascadh idirleata púdair imoibrithe in imoibreoir, a dhéantar de ghnáth as cruach dhosmálta, i muileann liathróide.10 (Fíor 1a, b). Ó shin i leith, úsáideadh an modh imoibrithe stáit sholadaigh seo a spreagtar go meicniúil chun púdair chóimhiotail gloine neamhchruthacha/mhiotalacha nua a ullmhú ag baint úsáide as muilte liathróide agus muilte slat ísealfhuinnimh (Fíor 1c) agus ardfhuinnimh11,12,13,14,15,16. Go háirithe, úsáideadh an modh seo chun córais neamh-mheasctha ar nós Cu-Ta17 chomh maith le cóimhiotail ardphointe leá ar nós miotail trasdultacha Al (TM, Zr, Hf, Nb agus Ta)18,19 agus córais Fe-W20 a ullmhú, nach féidir a fháil ag baint úsáide as modhanna cócaireachta traidisiúnta. Ina theannta sin, meastar gurb é MA ceann de na huirlisí nanateicneolaíochta is cumhachtaí le haghaidh táirgeadh ar scála tionsclaíoch cáithníní púdair nanachriostalach agus nanailchodach d'ocsaídí miotail, cairbídí, níotráidí, hidrídí, nana-fheadáin charbóin, nana-diamantaí, chomh maith le cobhsú leathan ag baint úsáide as cur chuige barr-anuas. 1 agus céimeanna meiteastábhachta.
Sceitseán ina léirítear an modh monaraíochta a úsáideadh chun an sciath gloine mhiotalach Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 a ullmhú sa staidéar seo. (a) Ullmhú púdair chóimhiotail MC le tiúchain éagsúla Ni x (x; 10, 20, 30, agus 40 at.%) ag baint úsáide as an modh muilleoireachta liathróide ísealfhuinnimh. (a) Luchtaítear an t-ábhar tosaigh isteach i sorcóir uirlisí mar aon le liathróidí cruach uirlisí agus (b) séalaítear é i mbosca lámhainní líonta le hatmaisféar He. (c) Múnla trédhearcach den soitheach meilt a léiríonn gluaiseacht na liathróide le linn meilt. Baineadh úsáid as an táirge púdair deiridh a fuarthas tar éis 50 uair an chloig chun sciath spraeála fuar a chur ar an tsubstráit SUS 304 (d).
Maidir le dromchlaí ábhar mórchóir (foshraitheanna), baineann innealtóireacht dromchla le dearadh agus modhnú dromchlaí (foshraitheanna) chun airíonna fisiceacha, ceimiceacha agus teicniúla áirithe a sholáthar nach bhfuil i láthair san ábhar mórchóir bunaidh. I measc cuid de na hairíonna is féidir a fheabhsú go héifeachtach trí chóireáil dromchla tá friotaíocht scríobtha, ocsaídiúcháin agus creimeadh, comhéifeacht frithchuimilte, bith-tháimhe, airíonna leictreacha agus insliú teirmeach, i measc nithe eile. Is féidir feabhas a chur ar cháilíocht an dromchla trí mhodhanna miotalóireachta, meicniúla nó ceimiceacha. Mar phróiseas aitheanta, sainmhínítear sciath go simplí mar shraith amháin nó níos mó d'ábhar a chuirtear i bhfeidhm go saorga ar dhromchla réada mórchóir (foshraith) atá déanta as ábhar eile. Dá bhrí sin, úsáidtear sciatháin go páirteach chun airíonna teicniúla nó maisiúla inmhianaithe a bhaint amach, chomh maith le hábhair a chosaint ó idirghníomhaíochtaí ceimiceacha agus fisiceacha a bhfuiltear ag súil leo leis an gcomhshaol23.
Is féidir réimse modhanna agus teicnící a úsáid chun sraitheanna cosanta oiriúnacha a chur i bhfeidhm ó chúpla micriméadar (faoi bhun 10-20 micriméadar) go dtí níos mó ná 30 micriméadar nó fiú roinnt milliméadar ar tiús. Go ginearálta, is féidir próisis sciath a roinnt ina dhá chatagóir: (i) modhanna sciath fliucha, lena n-áirítear leictreaphlátáil, leictreaphlátáil, agus galbhánú tumtha te, agus (ii) modhanna sciath tirime, lena n-áirítear sádráil, aghaidh chrua, taisceadh gaile fisiceach (PVD), taisceadh gaile ceimiceach (CVD), teicnící spraeála teirmeacha, agus le déanaí teicnící spraeála fuar 24 (Fíor 1d).
Sainmhínítear bithfhilmeanna mar phobail mhiocróbacha atá ceangailte go neamh-inchúlaithe le dromchlaí agus atá timpeallaithe ag polaiméirí eachtarcheallacha féintháirgthe (EPS). Is féidir le foirmiú bithfhilm aibí go dromchlach caillteanais shuntasacha a bheith mar thoradh air i go leor tionscal, lena n-áirítear próiseáil bia, córais uisce, agus cúram sláinte. I ndaoine, le foirmiú bithfhilmeanna, tá sé deacair níos mó ná 80% de chásanna ionfhabhtuithe miocróbacha (lena n-áirítear Enterobacteriaceae agus Staphylococci) a chóireáil. Ina theannta sin, tuairiscíodh go bhfuil bithfhilmeanna aibí 1000 uair níos frithsheasmhaí in aghaidh cóireála antaibheathach i gcomparáid le cealla baictéaracha planctónacha, rud a mheastar a bheith ina dhúshlán teiripeach mór. Go stairiúil, úsáideadh ábhair sciath dromchla frithmhiocróbacha a dhíorthaítear ó chomhdhúile orgánacha coitianta. Cé go mbíonn comhpháirteanna tocsaineacha a d'fhéadfadh a bheith díobhálach do dhaoine i n-ábhair den sórt sin go minic,25,26 is féidir leis seo cabhrú le tarchur baictéarach agus díghrádú ábhair a sheachaint.
Mar gheall ar fhriotaíocht fhorleathan baictéarach i gcoinne cóireála antaibheathach mar gheall ar fhoirmiú bithfhilm, tá gá le dromchla brataithe membrane frithmhiocróbach éifeachtach a fhorbairt is féidir a chur i bhfeidhm go sábháilte27. Is é an chéad chur chuige sa phróiseas seo27 ná dromchla frithghreamaitheach fisiceach nó ceimiceach a fhorbairt nach féidir le cealla baictéaracha ceangal leis agus bithfhilmeanna a fhoirmiú mar gheall ar ghreamaitheacht. Is é an dara teicneolaíocht bratuithe a fhorbairt a sheachadann ceimiceáin fhrithmhiocróbacha díreach san áit a bhfuil gá leo, i gcainníochtaí an-tiubhaithe agus saincheaptha. Baintear é seo amach trí ábhair brataithe uathúla a fhorbairt amhail graifín/gearmáiniam28, diamant dubh29 agus bratuithe carbóin cosúil le diamant dópáilte le ZnO30 atá frithsheasmhach in aghaidh baictéar, teicneolaíocht a uasmhéadaíonn forbairt tocsaineachta agus friotaíochta mar gheall ar fhoirmiú bithfhilmeanna. Ina theannta sin, tá bratuithe ina bhfuil ceimiceáin ghéarmicídeacha a sholáthraíonn cosaint fhadtéarmach i gcoinne éillithe baictéarach ag éirí níos coitianta. Cé go bhfuil na trí nós imeachta in ann gníomhaíocht fhrithmhiocróbach a fheidhmiú ar dhromchlaí brataithe, tá a shraith teorainneacha féin ag gach ceann acu ar cheart a chur san áireamh agus straitéis cur i bhfeidhm á forbairt.
Tá bac ar na táirgí atá ar an margadh faoi láthair mar gheall ar an easpa ama chun bratuithe cosanta a anailísiú agus a thástáil le haghaidh comhábhair bhithghníomhacha. Maíonn cuideachtaí go gcuirfidh a gcuid táirgí na gnéithe feidhmiúla atá ag teastáil ar fáil d’úsáideoirí, ach tá sé seo ina bhac ar rath na dtáirgí atá ar an margadh faoi láthair. Úsáidtear comhdhúile díorthaithe ó airgead i bhformhór mór na n-ábhar frithmhiocróbach atá ar fáil do thomhaltóirí faoi láthair. Tá na táirgí seo deartha chun úsáideoirí a chosaint ar nochtadh do mhicrea-orgánaigh a d’fhéadfadh a bheith díobhálach. Méadaíonn an éifeacht fhrithmhiocróbach mhoillithe agus an tocsaineacht ghaolmhar a bhaineann le comhdhúile airgid an brú ar thaighdeoirí rogha eile nach bhfuil chomh díobhálach a fhorbairt36,37. Is dúshlán fós é sciath fhrithmhiocróbach dhomhanda a chruthú a oibríonn istigh agus amuigh. Tagann rioscaí sláinte agus sábháilteachta leis seo. Is sprioc atá á lorg go mór gníomhaire frithmhiocróbach a aimsiú atá níos lú díobhálach do dhaoine agus a fháil amach conas é a ionchorprú i bhfoshraitheanna brataithe le seilfré níos faide38. Tá na hábhair fhrithmhiocróbacha agus antaibheathachscannáin is déanaí deartha chun baictéir a mharú ag achar gearr trí theagmháil dhíreach nó tar éis scaoileadh an ghníomhaire ghníomhaigh. Is féidir leo é seo a dhéanamh trí ghreamaitheacht baictéarach tosaigh a chosc (lena n-áirítear cosc ​​a chur ar fhoirmiú ciseal próitéine ar an dromchla) nó trí bhaictéir a mharú trí chur isteach ar bhalla na cille.
Go bunúsach, is éard is sciath dromchla ann ná próiseas ina gcuirtear ciseal eile ar dhromchla comhpháirte chun tréithe an dromchla a fheabhsú. Is é cuspóir sciath dromchla ná micreastruchtúr agus/nó comhdhéanamh réigiún gar-dhromchla comhpháirte a athrú39. Is féidir modhanna sciath dromchla a roinnt ina modhanna éagsúla, atá achoimrithe i bhFíor 2a. Is féidir sciatha a roinnt ina gcatagóirí teirmeacha, ceimiceacha, fisiceacha agus leictriceimiceacha ag brath ar an modh a úsáidtear chun an sciath a chruthú.
(a) Léaráid ionchurtha a thaispeánann na príomhtheicnící monaraíochta dromchla, agus (b) buntáistí agus míbhuntáistí roghnaithe a bhaineann leis an modh spraeála fuar.
Tá go leor i bpáirt ag teicneolaíocht spraeála fuar le teicnící spraeála teirmeacha traidisiúnta. Mar sin féin, tá roinnt airíonna bunúsacha tábhachtacha ann freisin a fhágann go bhfuil an próiseas spraeála fuar agus ábhair spraeála fuar thar a bheith uathúil. Tá teicneolaíocht spraeála fuar fós ina tús, ach tá todhchaí iontach aici. I gcásanna áirithe, cuireann airíonna uathúla an spraeála fuar buntáistí móra ar fáil, ag sárú teorainneacha na dteicnící spraeála teirmeacha traidisiúnta. Sáraíonn sé teorainneacha suntasacha na teicneolaíochta spraeála teirmeacha traidisiúnta, ina gcaithfear an púdar a leá le go ndéanfar é a thaisceadh ar shubstráit. Ar ndóigh, níl an próiseas sciath traidisiúnta seo oiriúnach d'ábhair an-íogaire ó thaobh teochta de amhail nanachriostail, nana-cháithníní, gloiní neamhchruthacha agus miotalacha40, 41, 42. Ina theannta sin, bíonn leibhéal ard poróiseachta agus ocsaídí ag ábhair sciath spraeála teirmeacha i gcónaí. Tá go leor buntáistí suntasacha ag teicneolaíocht spraeála fuar thar theicneolaíocht spraeála teirmeach, amhail (i) ionchur teasa íosta chuig an tsubstráit, (ii) solúbthacht maidir le sciath an tsubstráit a roghnú, (iii) gan aon chlaochlú céime agus fás gráin, (iv) neart greamaitheach ard1 .39 (Fíor 2b). Ina theannta sin, bíonn friotaíocht ard creimeadh, neart agus cruas ard, seoltacht leictreach ard agus dlús ard41 ag baint le hábhair sciath spraeála fuar. In ainneoin na buntáistí a bhaineann leis an bpróiseas spraeála fuar, tá roinnt míbhuntáistí fós ag baint leis an modh seo, mar a thaispeántar i bhFíor 2b. Agus púdair cheirmeacha íon amhail Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, etc. á gcóta, ní féidir an modh spraeála fuar a úsáid. Ar an láimh eile, is féidir púdair ilchodacha cheirmeacha/miotail a úsáid mar amhábhair le haghaidh sciath. Baineann an rud céanna le modhanna spraeála teirmeacha eile. Tá sé fós deacair dromchlaí deacra agus taobh istigh de phíobáin a spraeáil.
Ós rud é go bhfuil an obair seo dírithe ar úsáid púdair ghloineacha miotalacha mar ábhair thosaithe le haghaidh bratuithe, is léir nach féidir spraeáil theirmeach thraidisiúnta a úsáid chun na críche seo. Tá sé seo amhlaidh mar gheall ar an bhfíric go gcriostalaíonn púdair ghloineacha miotalacha ag teochtaí arda1.
Déantar formhór na n-ionstraimí a úsáidtear sna tionscail leighis agus bia as cóimhiotail cruach dhosmálta austeníteacha (SUS316 agus SUS304) a bhfuil cion cróimiam de 12 go 20% de réir meáchain iontu chun ionstraimí máinliachta a tháirgeadh. Glactar leis go ginearálta gur féidir le húsáid miotail cróimiam mar eilimint chóimhiotail i gcóimhiotail cruach feabhas suntasach a chur ar fhriotaíocht creimeadh cóimhiotail chaighdeánacha cruach. In ainneoin a bhfriotaíocht ard creimeadh, níl airíonna suntasacha frithmhiocróbacha ag cóimhiotail cruach dhosmálta38,39. Tá sé seo i gcodarsnacht lena bhfriotaíocht ard creimeadh. Ina dhiaidh sin, is féidir forbairt ionfhabhtaithe agus athlasadh a thuar, a tharlaíonn den chuid is mó mar gheall ar ghreamaitheacht baictéarach agus coilíniú ar dhromchla bithábhar cruach dhosmálta. D’fhéadfadh deacrachtaí suntasacha teacht chun cinn mar gheall ar na deacrachtaí suntasacha a bhaineann le greamaitheacht baictéarach agus le conairí foirmithe bithscannán, rud a d’fhéadfadh drochshláinte a bheith mar thoradh air, agus a bhféadfadh go leor iarmhairtí a bheith aige a d’fhéadfadh dul i bhfeidhm go díreach nó go hindíreach ar shláinte an duine.
Is í an staidéar seo an chéad chéim de thionscadal atá maoinithe ag Fondúireacht Chuáit chun Dul Chun Cinn na hEolaíochta (KFAS), conartha uimh. 2010-550401, chun indéantacht púdair thrínártha miotalacha gloineacha Cu-Zr-Ni a tháirgeadh ag baint úsáide as teicneolaíocht MA (tábla) a imscrúdú. 1) Chun scannán/sciath cosanta dromchla frithbhaictéarach SUS304 a tháirgeadh. Sa dara céim den tionscadal, atá le tosú i mí Eanáir 2023, déanfar staidéar mionsonraithe ar shaintréithe creimeadh galbhánach agus airíonna meicniúla an chórais. Déanfar tástálacha micribhitheolaíocha mionsonraithe le haghaidh cineálacha éagsúla baictéar.
Pléann an t-alt seo tionchar ábhar cóimhiotail Zr ar chumas foirmithe gloine (GFA) bunaithe ar shaintréithe moirfeolaíocha agus struchtúracha. Ina theannta sin, pléadh airíonna antibacterial an chomhchoda gloine miotail atá brataithe le púdar/SUS304. Ina theannta sin, tá obair leanúnach ar siúl chun imscrúdú a dhéanamh ar an bhféidearthacht go dtarlóidh claochlú struchtúrach púdair ghloine mhiotalacha le linn spraeáil fuar i réigiún leachtach sárfhuaraithe córas gloine miotalacha monaraithe. Baineadh úsáid as cóimhiotail ghloine miotalacha Cu50Zr30Ni20 agus Cu50Zr20Ni30 mar shamplaí ionadaíocha sa staidéar seo.
Cuirtear i láthair sa chuid seo na hathruithe moirfeolaíocha i bpúdair de Cu, Zr agus Ni eiliminteach le linn muilleoireacht liathróide ísealfhuinnimh. Úsáidfear dhá chóras éagsúla ina bhfuil Cu50Zr20Ni30 agus Cu50Zr40Ni10 mar shamplaí léiritheacha. Is féidir an próiseas MA a roinnt ina thrí chéim ar leithligh, mar is léir ó thréithriú miotalagrafach an phúdair a fhaightear sa chéim meilt (Fíor 3).
Saintréithe miotalagrafaíochta púdair de chóimhiotail mheicniúla (MA) a fuarthas tar éis céimeanna éagsúla meilt liathróidí. Taispeántar íomhánna micreascópachta leictreon scanadh astaíochta réimse (FE-SEM) de phúdair MA agus Cu50Zr40Ni10 a fuarthas tar éis muilleoireacht liathróidí ísealfhuinnimh ar feadh 3, 12 agus 50 uair an chloig in (a), (c) agus (e) don chóras Cu50Zr20Ni30, agus ar an MA céanna. Taispeántar na híomhánna comhfhreagracha den chóras Cu50Zr40Ni10 a tógadh tar éis ama i (b), (d), agus (f).
Le linn muilleoireacht liathróidí, bíonn tionchar ag meascán paraiméadair ar an bhfuinneamh cinéiteach éifeachtach is féidir a aistriú chuig an bpúdar miotail, mar a thaispeántar i bhFíor 1a. Áirítear leis seo imbhuailtí idir liathróidí agus púdair, comhbhrú lomadh púdair atá sáite idir meáin mheilte nó eatarthu, tionchair ó liathróidí ag titim, lomadh agus caitheamh de bharr tarraingt púdair idir coirp ghluaiseacha muileann liathróidí, agus tonn turrainge ag dul trí liathróidí ag titim agus ag iomadú trí chultúr luchtaithe (Fíor 1a). Элементарные порошки Cu, Zr agus Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на ранней стади3 привело к образованию крупных частиц порошка (> 1 мм в диаметре). Bhí na púdair eiliminteacha Cu, Zr, agus Ni dífhoirmithe go dona mar gheall ar tháthú fuar ag céim luath de MA (3 h), rud a d'fhág gur cruthaíodh cáithníní móra púdair (> 1 mm ar trastomhas).Is sainairíonna do na cáithníní móra ilchodacha seo foirmiú sraitheanna tiubha d'eilimintí cóimhiotail (Cu, Zr, Ni), mar a thaispeántar i bhfíor 3a,b. Mar thoradh ar mhéadú ar an am MA go 12 uair an chloig (céim idirmheánach), tháinig méadú ar fhuinneamh cinéiteach an mhuilinn liathróide, rud a d'fhág dianscaoileadh an phúdair ilchodaigh ina phúdair níos lú (níos lú ná 200 μm), mar a thaispeántar i bhFíor 3c. Ag an gcéim seo, bíonn dromchla miotail nua le sraitheanna tanaí Cu, Zr, Ni mar thoradh ar an bhfórsa lomadh feidhmeach, mar a thaispeántar i bhFíor 3c, d. Mar thoradh ar mheilt na sraitheanna ag comhéadan na gcalóga, tarlaíonn imoibrithe céim sholadaigh le foirmiú céimeanna nua.
Ag buaicphointe an phróisis MA (tar éis 50 uair an chloig), ní raibh mórán miotalagrafaíochta calóige le feiceáil (Fíor 3e, f), agus breathnaíodh miotalagrafaíocht scátháin ar dhromchla snasta an phúdair. Ciallaíonn sé seo gur críochnaíodh an próiseas MA agus gur cruthaíodh céim imoibrithe aonair. Cinneadh comhdhéanamh eiliminteach na réigiún a léirítear i bhFíor 3e (I, II, III), f, v, vi) ag baint úsáide as micreascópacht leictreon scanadh astaíochta réimse (FE-SEM) i gcomhar le speictreascópacht X-ghathaithe scaipthe fuinnimh (EDS). (IV).
I dtábla 2, taispeántar tiúchan eiliminteach na n-eilimintí cóimhiotail mar chéatadán de mhais iomlán gach réigiúin a roghnaíodh i bhfíor 3e, f. Agus na torthaí seo á gcomparáid leis na comhdhéanamh ainmniúla tosaigh de Cu50Zr20Ni30 agus Cu50Zr40Ni10 a thugtar i dTábla 1, léirítear go bhfuil comhdhéanamh an dá tháirge deiridh seo an-ghar do na comhdhéanamh ainmniúla. Ina theannta sin, ní thugann luachanna coibhneasta na gcomhpháirteanna do na réigiúin atá liostaithe i bhFíor 3e,f le fios go bhfuil meath nó éagsúlacht shuntasach i gcomhdhéanamh gach sampla ó réigiún amháin go réigiún eile. Is léir é seo ón bhfíric nach bhfuil aon athrú ar an gcomhdhéanamh ó réigiún amháin go réigiún eile. Léiríonn sé seo táirgeadh púdair chóimhiotail aonfhoirmeacha mar a thaispeántar i dTábla 2.
Fuarthas micreagraif FE-SEM den phúdar táirge deiridh Cu50(Zr50-xNix) tar éis 50 uair MA, mar a thaispeántar i bhFíor 4a-d, áit a bhfuil x cothrom le 10, 20, 30 agus 40 at.%, faoi seach. Tar éis na céime meilte seo, comhiomlánaíonn an púdar mar gheall ar éifeacht van der Waals, rud a fhágann go bhfoirmítear comhiomláin mhóra ina bhfuil cáithníní ultrafine le trastomhas 73 go 126 nm, mar a thaispeántar i bhFíor 4.
Saintréithe moirfeolaíocha púdair Cu50(Zr50-xNix) a fuarthas tar éis MA 50 uair an chloig. Maidir leis na córais Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, taispeántar íomhánna FE-SEM de phúdair a fuarthas tar éis 50 MA in (a), (b), (c), agus (d), faoi seach.
Sula luchtaíodh na púdair isteach sa friothálaí spraeála fuar, rinneadh sonicíocht orthu ar dtús in eatánól grád anailíseach ar feadh 15 nóiméad agus ansin triomaíodh iad ag 150°C ar feadh 2 uair an chloig. Ní mór an chéim seo a ghlacadh chun dul i ngleic go rathúil le comhiomlánú, rud a chruthaíonn go leor fadhbanna tromchúiseacha sa phróiseas sciath go minic. Tar éis chríochnú an phróisis MA, rinneadh tuilleadh staidéir chun imscrúdú a dhéanamh ar aonchineálacht na bpúdair chóimhiotail. Ar fhigiúr 5a–d taispeántar micreagraif FE-SEM agus íomhánna EDS comhfhreagracha de na heilimintí cóimhiotail Cu, Zr agus Ni den chóimhiotal Cu50Zr30Ni20 a tógadh tar éis 50 uair an chloig M, faoi seach. Ba chóir a thabhairt faoi deara go bhfuil na púdair chóimhiotail a fhaightear tar éis na céime seo aonchineálach, toisc nach léiríonn siad aon luaineachtaí comhdhéanamh thar an leibhéal fo-nanaiméadar, mar a thaispeántar i bhFíor 5.
Moirfeolaíocht agus dáileadh áitiúil na n-eilimintí i bpúdar MG Cu50Zr30Ni20 a fhaightear tar éis 50 MA trí Speictreascópacht X-ghathach Scaipthe Fuinnimh (EDS) FE-SEM/Fuinnimh. (a) Íomháú SEM agus X-ghathach EDS de (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, agus (d) Ni-Kα.
Taispeántar i bhFíor 6a–d, faoi seach, patrúin difreactachta X-ghathaithe púdair Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, agus Cu50Zr20Ni30 atá cóimhiotail go meicniúil, a fuarthas tar éis MA 50 uair an chloig. Tar éis na céime meilt seo, bhí struchtúir neamhchruthacha ag na samplaí uile a raibh tiúchain Zr éagsúla acu, agus patrúin idirleata hala tréithiúla orthu, mar a thaispeántar i bhFíor 6.
Patrúin difreactaithe X-ghathaithe púdair Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), agus Cu50Zr20Ni30 (d) tar éis MA ar feadh 50 uair an chloig. Breathnaíodh patrún hala-idirleata i ngach sampla gan eisceacht, rud a léiríonn foirmiú céim neamhchruthach.
Baineadh úsáid as micreascópacht leictreon tarchurtha astaíochta réimse ardtaifigh (FE-HRTEM) chun athruithe struchtúracha a bhreathnú agus chun struchtúr áitiúil púdair a eascraíonn as muilleoireacht liathróide ag amanna éagsúla MA a thuiscint. Taispeántar íomhánna de phúdair a fuarthas tríd an modh FE-HRTEM tar éis na gcéimeanna luatha (6 uair an chloig) agus idirmheánacha (18 uair an chloig) de mheilt púdair Cu50Zr30Ni20 agus Cu50Zr40Ni10 i bhFíor 7a, faoi seach. De réir íomhá réimse geal (BFI) an phúdair a fuarthas tar éis 6 uair an chloig de MA, tá gráinní móra sa phúdar le teorainneacha soiléire de na heilimintí fcc-Cu, hcp-Zr, agus fcc-Ni, agus níl aon chomharthaí ann go bhfuil céim imoibrithe á foirmiú, mar a thaispeántar i bhFíor 7a. Ina theannta sin, nocht patrún difreactaithe limistéir roghnaithe comhghaolmhar (SADP) a tógadh ón réigiún lár (a) patrún difreactaithe géar (Fíor 7b) a léiríonn láithreacht criostailítí móra agus easpa céime imoibríoch.
Saintréithe struchtúracha áitiúla an phúdair MA a fuarthas tar éis na gcéimeanna luatha (6 uair an chloig) agus idirmheánacha (18 uair an chloig). (a) Micreascópacht leictreon tarchurtha astaíochta réimse ardtaifigh (FE-HRTEM) agus (b) difreactagram achair roghnaithe comhfhreagrach (SADP) de phúdar Cu50Zr30Ni20 tar éis cóireála MA ar feadh 6 uair an chloig. Taispeántar íomhá FE-HRTEM de Cu50Zr40Ni10 a fuarthas tar éis MA 18 uair an chloig i (c).
Mar a thaispeántar i bhfíor 7c, tháinig lochtanna tromchúiseacha laitíse chun cinn i gcomhar le dífhoirmiú plaisteach mar thoradh ar mhéadú ar ré an MA go 18 uair an chloig. Ag an gcéim idirmheánach seo den phróiseas MA, feictear lochtanna éagsúla sa phúdar, lena n-áirítear lochtanna cruachta, lochtanna laitíse, agus lochtanna pointe (Fíor 7). Is cúis leis na lochtanna seo go ndéantar gráinní móra a ilroinnt feadh theorainneacha an ghráin ina bhfo-ghráinní atá níos lú ná 20 nm i méid (Fíor 7c).
Is sainairíonna struchtúr áitiúil an phúdair Cu50Z30Ni20 a muiltear ar feadh 36 uair an chloig MA ná foirmiú nanoghráíní ultrafhíneáil atá leabaithe i maitrís tanaí neamhchóireáilte, mar a thaispeántar i bhFíor 8a. Léirigh anailís áitiúil ar an EMF go bhfuil na nanachraislí a thaispeántar i bhFíor 8a bainteach le cóimhiotail púdair Cu, Zr agus Ni neamhchóireáilte. Bhí éagsúlacht idir cion Cu sa mhaitrís agus ~32 at.% (crios bocht) agus ~74 at.% (crios saibhir), rud a léiríonn foirmiú táirgí héiteargineacha. Ina theannta sin, taispeánann na SADPanna comhfhreagracha de na púdair a fhaightear tar éis muilleoireachta sa chéim seo fáinní céime neamhchóireáilte halo-idirleata príomhúla agus tánaisteacha ag forluí le pointí géara a bhaineann leis na dúile cóimhiotail neamhchóireáilte seo, mar a thaispeántar i bhFíor 8b.
Gnéithe struchtúracha áitiúla nanoscála de phúdar Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20. (a) Íomhá réimse geal (BFI) agus (b) SADP comhfhreagrach de phúdar Cu50Zr30Ni20 a fuarthas tar éis muilleoireacht ar feadh 36 uair MA.
I dtreo dheireadh an phróisis MA (50 uair an chloig), bhí moirfeolaíocht labirintíneach den chéim neamhchóireáilte ag púdair Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30, agus 40 at.%, gan eisceacht, mar a thaispeántar i bhFíor. . Níorbh fhéidir difreactán pointe ná patrúin fáinneacha géara a bhrath sna SADS comhfhreagracha de gach comhdhéanamh. Léiríonn sé seo easpa miotail chriostaigh neamhchóireáilte, ach ina ionad sin foirmiú púdair chóimhiotail neamhchóireáilte. Baineadh úsáid as na SADPanna comhghaolmhara seo a thaispeánann patrúin idirleata halo mar fhianaise ar fhorbairt céimeanna neamhchóireáilte san ábhar táirge deiridh.
Struchtúr áitiúil an táirge deiridh den chóras Cu50 MS (Zr50-xNix). FE-HRTEM agus patrúin difreactaithe nana-bhíoma comhghaolmhara (NBDP) de (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, agus (d) Cu50Zr10Ni40 a fuarthas tar éis 50 uair an chloig de MA.
Ag baint úsáide as calraiméadracht scanadh difreálach, rinneadh staidéar ar chobhsaíocht theirmeach na teochta trasdulta gloine (Tg), an réigiúin leachtacha sárfhuaraithe (ΔTx) agus an teocht criostalaithe (Tx) ag brath ar ábhar Ni (x) sa chóras neamhchriostalach Cu50(Zr50-xNix). Airíonna (DSC) i sreabhadh gáis He. Taispeántar cuar DSC púdair chóimhiotail neamhchriostalach Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, agus Cu50Zr10Ni40 a fuarthas tar éis MA ar feadh 50 uair an chloig i bhFíor 10a, b, e, faoi seach. Cé go léirítear cuar DSC an Cu50Zr20Ni30 neamhchriostalach ar leithligh i bhFíor 10ú haois. Idir an dá linn, taispeántar sampla Cu50Zr30Ni20 téite go ~700°C i DSC i bhFíor 10g.
Is é an teocht trasdulta gloine (Tg), an teocht criostalaithe (Tx) agus an réigiún leachtach sárfhuaraithe (ΔTx) a chinneann cobhsaíocht theirmeach púdair Cu50(Zr50-xNix) MG a fhaightear tar éis MA ar feadh 50 uair an chloig. Teirmeagraim de phúdair chalraiméadair scanadh difreálach (DSC) de phúdair chóimhiotail Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), agus (e) púdair chóimhiotail Cu50Zr10Ni40 MG tar éis MA ar feadh 50 uair an chloig. Taispeántar patrún difreactaithe X-gha (XRD) de shampla Cu50Zr30Ni20 téite go ~700°C i DSC i (d).
Mar a thaispeántar i bhFíor 10, léiríonn na cuartha DSC do na comhdhéanamh uile a bhfuil tiúchain nicil éagsúla (x) acu dhá chás éagsúla, ceann inteirmeach agus an ceann eile eisiteirmeach. Freagraíonn an chéad imeacht inteirmeach do Tg, agus tá an dara ceann bainteach le Tx. Tugtar an limistéar leachtach fo-fhuaraithe (ΔTx = Tx – Tg) ar an limistéar cothrománach atá idir Tg agus Tx. Léiríonn na torthaí go n-aistríonn Tg agus Tx an tsampla Cu50Zr40Ni10 (Fíor 10a) a cuireadh ag 526°C agus 612°C an t-ábhar (x) suas le 20 ag % i dtreo an taobh ísealteochta de 482°C agus 563°C. °C de réir mar a mhéadaíonn an t-ábhar Ni (x), faoi seach, mar a thaispeántar i bhFíor 10b. Dá bhrí sin, laghdaíonn ΔTx Cu50Zr40Ni10 ó 86°С (Fíor 10a) go 81°С do Cu50Zr30Ni20 (Fíor 10b). I gcás an chóimhiotail MC Cu50Zr40Ni10, breathnaíodh laghdú freisin ar luachanna Tg, Tx, agus ΔTx go dtí na leibhéil 447°С, 526°С, agus 79°С (Fíor 10b). Léiríonn sé seo go mbíonn laghdú ar chobhsaíocht theirmeach an chóimhiotail MS mar thoradh ar mhéadú ar an ábhar Ni. Os a choinne sin, tá luach Tg (507 °C) an chóimhiotail MC Cu50Zr20Ni30 níos ísle ná luach an chóimhiotail MC Cu50Zr40Ni10; mar sin féin, taispeánann a Tx luach inchomparáide leis (612 °C). Dá bhrí sin, tá luach níos airde (87°C) ag ΔTx mar a thaispeántar i bhfíor 10ú haois.
Criostalaíonn an córas Cu50(Zr50-xNix) MC, ag baint úsáide as an gcóimhiotal Cu50Zr20Ni30 MC mar shampla, trí bhuaic eisiteirmeach ghéar i gcéimeanna criostalach fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10, agus orthorhombic-ZrNi (Fíor 10c). Deimhníodh an t-aistriú céime seo ó neamhchruthach go criostalach trí anailís difreactaithe X-ghathaithe ar an sampla MG (Fíor 10d) a téadh go 700 °C i DSC.
Ar Fíor 11, taispeántar grianghraif a tógadh le linn an phróisis spraeála fuar a rinneadh sa saothar reatha. Sa staidéar seo, úsáideadh cáithníní púdair miotail gloiní a sintéisíodh tar éis MA ar feadh 50 uair an chloig (ag baint úsáide as Cu50Zr20Ni30 mar shampla) mar amhábhar frithbhaictéarach, agus rinneadh pláta cruach dhosmálta (SUS304) a sciatháil le spraeáil fuar. Roghnaíodh an modh spraeála fuar le haghaidh sciath sa tsraith teicneolaíochta spraeála teirmeach toisc gurb é an modh is éifeachtaí sa tsraith teicneolaíochta spraeála teirmeach é inar féidir é a úsáid le haghaidh ábhair mhiotalacha meiteastábla atá íogair ó thaobh teasa de, amhail púdair neamhchriostalach agus nanachriostalach. Níl siad faoi réir aistrithe céime. Seo an príomhfhachtóir agus an modh seo á roghnú. Déantar an próiseas taiscthe fuar ag baint úsáide as cáithníní ardluais a thiontaíonn fuinneamh cinéiteach na gcáithníní ina dhífhoirmiú plaisteach, ina dhífhoirmiú agus ina theas nuair a imbhuaileann siad leis an tsubstráit nó le cáithníní a taisceadh roimhe seo.
Taispeánann grianghraif allamuigh an nós imeachta spraeála fuar a úsáideadh le haghaidh cúig ullmhúchán as a chéile de MG/SUS 304 ag 550°C.
Ní mór fuinneamh cinéiteach na gcáithníní, chomh maith le móiminteam gach cáithnín le linn foirmiú an sciath, a thiontú ina fhoirmeacha eile fuinnimh trí mheicníochtaí ar nós dífhoirmiú plaisteach (idirghníomhaíochtaí príomhúla cáithníní agus idirghníomhaíochtaí idir cáithníní sa mhaitrís agus idirghníomhaíochtaí cáithníní), snaidhmeanna idirmheánacha solad, rothlú idir cáithníní, dífhoirmiú agus téamh teorannaithe 39. Ina theannta sin, mura ndéantar an fuinneamh cinéiteach go léir atá ag teacht isteach a thiontú ina fhuinneamh teirmeach agus ina fhuinneamh dífhoirmithe, beidh imbhualadh leaisteach mar thoradh air, rud a chiallaíonn go bpreabann na cáithníní as a chéile tar éis an imbhuailte. Tugadh faoi deara go ndéantar 90% den fhuinneamh tionchair a chuirtear i bhfeidhm ar an ábhar cáithnín/foshraith a thiontú ina theas áitiúil 40. Ina theannta sin, nuair a chuirtear strus tionchair i bhfeidhm, baintear amach rátaí arda brú plaisteacha sa réigiún teagmhála cáithnín/foshraith i mbeagán ama 41,42.
De ghnáth meastar gur próiseas diomailt fuinnimh é dífhoirmiú plaisteach, nó ina ionad sin, mar fhoinse teasa sa réigiún comhéadain. Mar sin féin, ní bhíonn an méadú teochta sa réigiún comhéadain leordhóthanach de ghnáth le go dtarlóidh leá comhéadain nó spreagadh suntasach ar idirleathadh frithpháirteach adamh. Níl aon fhoilseachán ar eolas ag na húdair a rinne imscrúdú ar éifeacht airíonna na bpúdar gloineach miotalacha seo ar ghreamaitheacht agus socrú púdair a tharlaíonn agus teicnící spraeála fuar á n-úsáid.
Is féidir BFI an phúdair chóimhiotail MG Cu50Zr20Ni30 a fheiceáil i bhFíor 12a, a taisceadh ar an tsubstráit SUS 304 (Fíor 11, 12b). Mar is léir ón bhfigiúr, coinníonn na púdair bhrataithe a struchtúr éagruthach bunaidh mar go bhfuil struchtúr laibirt íogair acu gan aon ghnéithe criostalach ná lochtanna laitíse. Ar an láimh eile, léiríonn an íomhá láithreacht céime eachtraí, mar is léir ó na nana-cháithníní atá san áireamh sa mhaitrís púdair atá brataithe le MG (Fíor 12a). Taispeánann Fíor 12c an patrún difreactachta nana-bhíoma innéacsaithe (NBDP) a bhaineann le réigiún I (Fíor 12a). Mar a thaispeántar i bhfíor 12c, taispeánann NBDP patrún lag halo-idirleata de struchtúr éagruthach agus comhbhíonn sé le spotaí géara a fhreagraíonn do chéim mhór chriostalach meiteastábla ciúbach Zr2Ni móide céim theitreagónach CuO. Is féidir foirmiú CuO a mhíniú trí ocsaídiú an phúdair agus é ag bogadh ó shoic an ghunna spraeála go SUS 304 san aer úr i sreabhadh forfhuaimneach. Ar an láimh eile, mar thoradh ar dhíghloiniú púdair ghloineacha miotail, cruthaíodh céimeanna ciúbacha móra tar éis cóireála spraeála fuar ag 550°C ar feadh 30 nóiméad.
(a) Íomhá FE-HRTEM de phúdar MG taiscthe ar (b) foshraith SUS 304 (inset den fhigiúr). Taispeántar innéacs NBDP an tsiombail chruinn a thaispeántar in (a) in (c).
Chun an mheicníocht fhéideartha seo a thástáil maidir le foirmiú nana-cháithníní ciúbacha móra Zr2Ni, rinneadh turgnamh neamhspleách. Sa turgnamh seo, spraeáladh púdair ó adamhaitheoir ag 550°C i dtreo an tsubstráit SUS 304; áfach, chun an éifeacht annála a chinneadh, baineadh na púdair den stiall SUS304 chomh tapa agus ab fhéidir (thart ar 60 soicind). Rinneadh sraith eile turgnamh inar baineadh an púdar den tsubstráit thart ar 180 soicind tar éis é a chur i bhfeidhm.
Taispeánann Fíoracha 13a,b íomhánna réimse dorcha (DFI) de dhá ábhar spútartha a taisceadh ar foshraitheanna SUS 304 ar feadh 60 s agus 180 s, faoi seach, trí Mhicreascópacht Leictreon Tarchurtha Scanála (STEM). Tá easpa sonraí moirfeolaíocha san íomhá púdair a taisceadh ar feadh 60 soicind, rud a léiríonn gan ghnéithe (Fíor 13a). Deimhníodh é seo freisin le XRD, a léirigh go raibh struchtúr foriomlán na bpúdar seo neamhchruthach, mar a léirítear leis na buaicphointí difreactachta príomhúla agus tánaisteacha leathana a thaispeántar i bhFíor 14a. Léiríonn sé seo easpa deascán meiteastábla/mesophase, ina gcoinníonn an púdar a struchtúr neamhchruthach bunaidh. I gcodarsnacht leis sin, léirigh an púdar a taisceadh ag an teocht chéanna (550°C) ach a fágadh ar an tsubstráit ar feadh 180 s taisceadh gráinní nana-mhéide, mar a léirítear leis na saigheada i bhFíor 13b.