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 mhúchadh in Internet Explorer). Idir an dá linn, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, taispeánfaimid an suíomh gan stíleanna agus JavaScript.
Is cuid thábhachtach iad bithfhilmeanna i bhforbairt ionfhabhtuithe ainsealacha, go háirithe nuair a bhíonn feistí leighis i gceist. Cuireann an fhadhb seo dúshlán ollmhór i láthair don phobal leighis, toisc nach féidir le hantaibheathaigh chaighdeánacha bithfhilmeanna a dhíothú ach go pointe an-teoranta. Mar thoradh ar chosc a chur ar fhoirmiú bithfhilmeanna, tá modhanna éagsúla sciath agus ábhair nua forbartha. Tá sé mar aidhm ag na modhanna seo dromchlaí a sciathú ar bhealach a chuireann cosc ​​ar fhoirmiú bithfhilmeanna. Tá cóimhiotail ghloineacha miotalacha, go háirithe iad siúd ina bhfuil miotail chopair agus tíotáiniam, tagtha chun cinn mar sciatha frithmhiocróbacha idéalacha. Ag an am céanna, tá méadú tagtha ar úsáid na teicneolaíochta spraeála fuar mar is modh oiriúnach í chun ábhair íogaire teochta a phróiseáil. Ba chuid de chuspóir an staidéir seo scannán miotalach frithbhaictéarach nua 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 sciath spraeála fuar dromchlaí cruach dhosmálta ag teochtaí ísle. Bhí foshraitheanna atá brataithe le gloine mhiotalach in ann foirmiú bithfhilmeanna a laghdú go suntasach faoi 1 log ar a laghad i gcomparáid le cruach dhosmálta.
Ar feadh stair an chine dhaonna, bhí aon shochaí in ann ábhair nua a dhearadh agus a chur chun cinn a chomhlíonann a riachtanais shonracha, rud a d’fhág feabhas ar fheidhmíocht agus ar rangú i ngeilleagar domhandaithe1. Cuireadh i leith i gcónaí an chumas daonna ábhair agus trealamh monaraíochta agus dearaí a fhorbairt le haghaidh monarú agus tréithriú ábhar chun gnóthachain a bhaint amach i sláinte, in oideachas, i dtionscal, in eacnamaíocht, i gcultúr agus i réimsí eile ó thír nó réigiún amháin go tír nó réigiún eile. Déantar dul chun cinn a thomhas beag beann ar thír nó réigiún.2 Le 60 bliain anuas, tá eolaithe ábhar ag díriú ar mhórábhar amháin: ábhair nua agus ceannródaíocha a shaothrú. 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 teicnící próiseála teirmeacha, meicniúla nó teirmea-mheicniúla, tá feabhsuithe suntasacha tagtha ar airíonna meicniúla, ceimiceacha agus fisiceacha réimse ábhar éagsúil. Ina theannta sin, tá comhdhúile nár chualathas a leithéid riamh cheana sintéisithe go rathúil ag an bpointe seo. Tá teaghlach nua d’ábhair nuálacha tagtha chun cinn mar gheall ar na hiarrachtaí leanúnacha seo, ar a dtugtar Ábhair Ardleibhéil2 le chéile. Níl i nanacriostail, nana-cháithníní, nana-fheadáin, poncanna candamacha, gloiní miotalacha neamh-thoiseacha, neamh-mhorfacha, agus cóimhiotail ard-eantrópa ach roinnt samplaí d’ábhair ardleibhéil a tugadh isteach ar domhan ó lár na haoise seo caite. Agus cóimhiotail nua á monarú agus á bhforbairt le hairíonna níos fearr, bíodh sé sa táirge deiridh nó i gcéimeanna idirmheánacha a tháirgthe, is minic a chuirtear fadhb na neamhchothromaíochta leis. Mar thoradh ar theicnící monaraíochta nua a chur i bhfeidhm chun imeacht go suntasach ón gcothromaíocht, tá rang nua iomlán de chóimhiotail mheitea-inbheachta, ar a dtugtar gloiní miotalacha, aimsithe.
Thug a chuid oibre ag Caltech sa bhliain 1960 réabhlóid i gcoincheap na gcóimhiotal miotail nuair a shintéiseáil 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 fhógair fionnachtain an Ollaimh Pol Duwezs tús stair na ngloine miotalacha (MG), ach ba chúis leis athrú paraidíme freisin sa chaoi a smaoiníonn daoine ar chóimhiotail miotail. Ó na chéad staidéir cheannródaíocha i sintéis cóimhiotal MG, tá beagnach gach gloine miotalach táirgthe go hiomlán trí cheann de na modhanna seo a leanas a úsáid; (i) soladú tapa an leá nó an gaile, (ii) neamhord adamhach na laitíse, (iii) imoibrithe aimirfithe soladstaide idir eilimintí miotail íona, agus (iv) aistrithe soladstaide de chéimeanna meiteastábla.
Is iad na hábhair MG is sainairíonna ná easpa an ord adamhach fadraoin a bhaineann le criostail, rud atá ina shaintréith de chriostail. Sa lá atá inniu ann, tá dul chun cinn mór déanta i réimse an ghloine mhiotalach. Is ábhair nua iad a bhfuil airíonna suimiúla iontu a bhfuil spéis iontu ní hamháin i bhfisic stáit sholadaigh, ach freisin i miotalóireacht, i gceimic dhromchla, i dteicneolaíocht, i mbitheolaíocht agus i go leor réimsí eile. Taispeánann an cineál nua ábhair seo airíonna atá difriúil ó mhiotail sholadaigh, 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 teicníc réasúnta nua í cóimhiotalú meicniúil (MA)1,8, a tugadh isteach den chéad uair i 19839 ag an Ollamh CC Kock agus a chomhghleacaithe. D'ullmhaigh siad púdair neamhchruthacha Ni60Nb40 trí mheascán d'eilimintí íona a mheilt ag teochtaí comhthimpeallacha an-ghar do theocht an tseomra. De ghnáth, déantar an t-imoibriú MA idir cúpláil scaipthe púdair ábhair an imoibritheora in imoibritheoir, a dhéantar de ghnáth as cruach dhosmálta i muileann liathróide 10 (Fíor 1a, b). Ó shin i leith, úsáideadh an teicníc imoibrithe stáit sholadaigh seo a spreagtar go meicniúil chun púdair chóimhiotail ghloine neamhchriostalach/mhiotalacha nua a ullmhú ag baint úsáide as muilte liathróide ísealfhuinnimh (Fíor 1c) agus ardfhuinnimh, chomh maith le muilte slat 11,12,13,14,15,16. Go háirithe, úsáideadh an modh seo chun córais neamh-mheasctha amhail Cu-Ta 17 a ullmhú, chomh maith le cóimhiotail leáphointe ard amhail córais miotail trasdultacha Al (TM; Zr, Hf, Nb agus Ta) 18,19 agus Fe-W 20, nach féidir a fháil ag baint úsáide as bealaí ullmhúcháin traidisiúnta. Ina theannta sin, meastar gurb é MA ceann de na huirlisí nanateicneolaíochta is cumhachtaí chun cáithníní púdair nanachriostalach agus nanailchodach ar scála tionsclaíoch d'ocsaídí miotail, cairbídí, níotráidí, hidrídí, nana-fheadáin charbóin, a ullmhú. nanadiamaint, Chomh maith le cobhsú leathan trí chur chuige barr-anuas 1 agus céimeanna meiteastábla.
Sceimiteach a thaispeánann an modh monaraíochta a úsáideadh chun sciath gloine mhiotalach (MG) Cu50(Zr50−xNix)/SUS 304 a ullmhú sa staidéar seo. (a) Ullmhú púdair chóimhiotail MG le tiúchain Ni éagsúla x (x; 10, 20, 30 agus 40 at.%) ag baint úsáide as teicníc muilleoireachta liathróide ísealfhuinnimh. (a) Luchtaítear an t-ábhar tosaigh i sorcóir uirlisí mar aon le liathróidí cruach uirlisí, agus (b) séalaítear é i mbosca lámhainní atá líonta le hatmaisféar He. (c) Múnla trédhearcach den soitheach meilt a léiríonn gluaiseacht na liathróide le linn meilt. Baineadh úsáid as táirge deiridh an phúdair a fuarthas tar éis 50 uair an chloig chun an tsubstráit SUS 304 a chóta ag baint úsáide as an modh spraeála fuar (d).
Maidir le dromchlaí ábhar mórchóir (foshraitheanna), baineann innealtóireacht dromchla le dearadh agus modhnú dromchlaí (foshraitheanna) chun cáilíochtaí fisiceacha, ceimiceacha agus teicniúla áirithe nach bhfuil san ábhar mórchóir bunaidh a sholáthar. I measc roinnt airíonna is féidir a fheabhsú go héifeachtach trí chóireálacha dromchla tá friotaíocht scríobtha, friotaíocht ocsaídiúcháin agus creimeadh, comhéifeacht frithchuimilte, bith-tháimhe, airíonna leictreacha, agus insliú teirmeach, i measc nithe eile. Is féidir cáilíocht dromchla a fheabhsú trí theicnící miotalóireachta, meicniúla nó ceimiceacha a úsáid. Mar phróiseas aitheanta, sainmhínítear sciath go simplí mar shraith aonair nó iolrach d'ábhar a thaisctear go saorga ar dhromchla réada mórchóir (foshraith) déanta as ábhar eile. Dá bhrí sin, úsáidtear sciatháin go páirteach chun roinnt 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 timpeallacht máguaird23.
Chun sraitheanna cosanta dromchla oiriúnacha a thaisceadh le tiús idir cúpla micriméadar (faoi bhun 10-20 micriméadar) agus os cionn 30 micriméadar nó fiú cúpla milliméadar, is féidir go leor modhanna agus teicnící a chur i bhfeidhm. Go ginearálta, is féidir próisis sciath a roinnt ina dhá chatagóir: (i) modhanna sciath fliucha, lena n-áirítear leictreaphlátáil, plátáil leictreaphlátáil, agus modhanna galbhánú tumtha te, agus (ii) modhanna sciath tirime, lena n-áirítear tádáil, dromchlaíocht, 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-inchúlghairthe le dromchlaí agus timpeallaithe ag polaiméirí eachtarcheallacha féintháirgthe (EPS). Is féidir le foirmiú bithfhilmeanna aibí dromchlach caillteanais shuntasacha a bheith mar thoradh orthu i go leor earnálacha tionsclaíocha, lena n-áirítear an tionscal bia, córais uisce, agus timpeallachtaí cúram sláinte. I ndaoine, nuair a fhoirmítear bithfhilmeanna, bíonn 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. Úsáideadh ábhair sciath dromchla frithmhiocróbacha a dhíorthaítear ó chomhdhúile orgánacha traidisiúnta go stairiúil. Cé go mbíonn comhpháirteanna tocsaineacha sna hábhair sin go minic a d'fhéadfadh a bheith contúirteach do dhaoine,25,26 féadfaidh sé cabhrú le tarchur baictéarach agus scriosadh ábhar a sheachaint.
Mar gheall ar fhriotaíocht fhorleathan baictéar i leith cóireálacha antaibheathacha mar gheall ar fhoirmiú bithfhilm, tá gá le dromchla brataithe le scannán frithmhiocróbach éifeachtach a fhorbairt ar féidir é a chur i bhfeidhm go sábháilte27. Is é an chéad chur chuige sa phróiseas seo27 ná dromchla frithghreamaitheach fisiceach nó ceimiceach a fhorbairt a chuireann cosc ​​ar chealla baictéaracha ceangal agus bithfhilmeanna a thógáil mar gheall ar ghreamaitheacht.Is é an dara teicneolaíocht bratuithe a fhorbairt a chuireann ar chumas ceimiceáin fhrithmhiocróbacha a sheachadadh go beacht san áit a bhfuil gá leo, i méideanna 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 baictéir, teicneolaíocht a uasmhéadaíonn tocsaineacht agus laghdaítear forbairt frithsheasmhachta mar gheall ar fhoirmiú bithfhilmeanna go suntasach. Ina theannta sin, tá bratuithe a ionchorpraíonn ceimiceáin ghéarmicídeacha i ndromchlaí chun cosaint fhadtéarmach a sholáthar ó éilliú baictéarach ag éirí níos coitianta.Cé go bhfuil na trí nós imeachta in ann éifeachtaí frithmhiocróbacha a tháirgeadh ar dhromchlaí brataithe, tá a dteorainneacha féin ag gach ceann acu ar cheart iad a chur san áireamh agus straitéisí cur i bhfeidhm á bhforbairt.
Tá bac ar tháirgí atá ar an margadh faoi láthair mar gheall ar easpa ama chun bratuithe cosanta a anailísiú agus a thástáil le haghaidh comhábhair bhithghníomhacha. Maíonn cuideachtaí go gcuirfidh a gcuid táirgí gnéithe feidhmiúla inmhianaithe ar fáil d’úsáideoirí; Mar sin féin, is bac é seo ar rath na dtáirgí atá ar an margadh faoi láthair. Úsáidtear comhdhúile díorthaithe ó airgead i bhformhór mór na dteiripe frithmhiocróbach atá ar fáil do thomhaltóirí anois. Forbraítear na táirgí seo chun úsáideoirí a chosaint ar éifeachtaí contúirteacha miocrorgánacha. 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. Tá sé fós ina thasc mór sciath fhrithmhiocróbach domhanda a chruthú a oibríonn laistigh agus lasmuigh. Tá sé seo mar gheall ar na rioscaí gaolmhara don tsláinte agus don tsábháilteacht araon. Is sprioc an-tóir í gníomhaire frithmhiocróbach a aimsiú atá níos lú díobhálach do dhaoine agus a fháil amach conas é a ionchorprú i foshraitheanna sciath le seilfré níos faide38. Tá na hábhair fhrithmhiocróbacha agus frith-bhithfhilm is déanaí deartha chun baictéir a mharú ag achar gearr, trí theagmháil dhíreach nó tar éis an gníomhaire gníomhach a scaoileadh. Is féidir leo é seo a dhéanamh trí ghreamaitheacht baictéarach tosaigh a chosc (lena n-áirítear foirmiú ciseal próitéine ar an dromchla a fhrithghníomhú) 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 cáilíochtaí a bhaineann leis an dromchla a fheabhsú. Is é cuspóir an sciath dromchla ná micreastruchtúr agus/nó comhdhéanamh réigiún gar-dhromchla an chomhpháirte a oiriúnú39. Is féidir teicnící sciath dromchla a roinnt ina modhanna éagsúla, atá achoimrithe i bhFíor 2a. Is féidir sciatháin a fho-roinnt ina gcatagóirí teirmeacha, ceimiceacha, fisiceacha agus leictriceimiceacha, ag brath ar an modh a úsáidtear chun an sciath a chruthú.
(a) Ionsá a thaispeánann na príomhtheicnící monaraíochta a úsáidtear don dromchla, agus (b) buntáistí agus míbhuntáistí roghnaithe a bhaineann leis an teicníc spraeála fuar.
Tá go leor cosúlachtaí idir teicneolaíocht spraeála fuar agus modhanna 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 gheal aici. I bhfeidhmeanna áirithe, cuireann airíonna uathúla an spraeála fuar buntáistí móra ar fáil, ag sárú teorainneacha dúchasacha modhanna spraeála teirmeacha tipiciúla. Soláthraíonn sé bealach chun teorainneacha suntasacha na teicneolaíochta spraeála teirmeacha traidisiúnta a shárú, agus le linn na tréimhse sin ní mór an púdar a leá chun é a thaisceadh ar an tsubstráit. 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 leibhéil arda tréscaoilteachta 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 i roghanna sciath foshraithe, (iii) easpa claochlaithe céime agus fáis gráin, (iv) neart nasctha ard1,39 (Fíor 2b). Ina theannta sin, bíonn creimeadh ard ag ábhair sciath spraeála fuar. friotaíocht, neart agus cruas ard, seoltacht leictreach ard agus dlús ard41. Murab ionann agus buntáistí an phróisis spraeála fuar, tá roinnt míbhuntáistí fós ann maidir leis an teicníc seo a úsáid, mar a thaispeántar i bhFíor 2b. Agus púdair cheirmeacha íon ar nós 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 bratuithe. Baineann an rud céanna le modhanna spraeála teirmeacha eile. Tá sé deacair fós dromchlaí casta agus dromchlaí píopa istigh a spraeáil.
Ós rud é go bhfuil sé mar aidhm ag an obair reatha púdair mhiotalacha gloineacha a úsáid mar ábhair sciath amha, is léir nach féidir spraeáil theirmeach thraidisiúnta a úsáid chun na críche seo. Tá sé seo amhlaidh toisc go gcriostalaíonn púdair mhiotalacha gloineacha ag teochtaí arda.
Is as cóimhiotail cruach dhosmálta austeníteach (SUS316 agus SUS304) a bhfuil cion cróimiam idir 12 agus 20% de réir meáchain iontu formhór na n-uirlisí a úsáidtear sna tionscail leighis agus bia, agus is féidir leo friotaíocht creimeadh cóimhiotail cruach chaighdeánacha a fheabhsú go mór trí úsáid a bhaint as miotal cróimiam mar eilimint chóimhiotail i gcóimhiotail chruach. In ainneoin a bhfriotaíocht ard creimeadh, ní thaispeánann cóimhiotail cruach dhosmálta airíonna suntasacha frithmhiocróbacha38,39. Tá sé seo i gcodarsnacht lena bhfriotaíocht ard creimeadh. Ina dhiaidh sin, is féidir forbairt ionfhabhtaithe agus athlasadh a thuar, rud is cúis den chuid is mó le greamaitheacht baictéarach agus coilíniú ar dhromchla bithábhar cruach dhosmálta. D’fhéadfadh deacrachtaí suntasacha teacht chun cinn mar gheall ar dheacrachtaí suntasacha a bhaineann le greamaitheacht baictéarach agus le conairí foirmithe bithfhilm, rud a d’fhéadfadh meath sláinte a bheith mar thoradh air, rud a d’fhéadfadh 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), Uimhir Chonartha 2010-550401, chun indéantacht púdair thrínártha miotalacha gloineacha Cu-Zr-Ni a tháirgeadh ag baint úsáide as teicneolaíocht MA (Tábla 1) chun scannán frithbhaictéarach/sciath cosanta dromchla SUS304 a tháirgeadh. Sa dara céim den tionscadal, atá le tosú i mí Eanáir 2023, scrúdófar tréithe creimeadh leictriceimiceach agus airíonna meicniúla an chórais go mion. Déanfar tástálacha micribhitheolaíocha mionsonraithe ar speicis bhaictéaracha éagsúla.
Sa pháipéar seo, pléitear éifeacht ábhar eilimintí cóimhiotalacha Zr ar chumas foirmithe gloine (GFA) bunaithe ar shaintréithe moirfeolaíocha agus struchtúracha. Ina theannta sin, pléadh airíonna antibacterial an chóta púdair gloine miotalach brataithe/ilchodach SUS304. Ina theannta sin, rinneadh obair reatha chun imscrúdú a dhéanamh ar an bhféidearthacht go dtarlóidh claochlú struchtúrach púdair gloine miotalacha le linn spraeáil fuar laistigh den réigiún leachtach fo-fhuaraithe de chórais gloine miotalacha monaraithe. Mar shamplaí ionadaíocha, úsáideadh cóimhiotail ghloine miotalacha Cu50Zr30Ni20 agus Cu50Zr20Ni30 sa staidéar seo.
Sa chuid seo, cuirtear i láthair na hathruithe moirfeolaíocha ar phúdair eiliminteacha Cu, Zr agus Ni i muilleoireacht liathróide ísealfhuinnimh. Mar shamplaí léiritheacha, úsáidfear dhá chóras éagsúla ina bhfuil Cu50Zr20Ni30 agus Cu50Zr40Ni10 mar shamplaí ionadaíocha. Is féidir an próiseas MA a roinnt ina thrí chéim ar leith, mar a léirítear le tréithriú miotalagrafach an phúdair a tháirgtear le linn na céime meilt (Fíor 3).
Saintréithe miotalagrafaíochta púdair chóimhiotail mheicniúil (MA) a fhaightear tar éis céimeanna éagsúla d'am muilleoireachta liathróide. Taispeántar íomhánna micreascópachta leictreon scanadh astaíochta réimse (FE-SEM) de phúdair MA agus Cu50Zr40Ni10 a fhaightear tar éis amanna muilleoireachta liathróide ísealfhuinnimh de 3, 12 agus 50 uair an chloig in (a), (c) agus (e) don chóras Cu50Zr20Ni30, agus san MA céanna taispeántar íomhánna comhfhreagracha den chóras Cu50Zr40Ni10 a tógadh tar éis ama in (b), (d) agus (f).
Le linn muilleoireacht liathróidí, bíonn tionchar ag an 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, bearradh comhbhrúiteach púdair atá sáite idir nó idir meáin mheilte, tionchar liathróidí ag titim, bearradh agus caitheamh mar gheall ar tharraingt púdair idir meáin mhuilleoireachta liathróidí atá ag gluaiseacht, agus tonn turraing ag dul trí liathróidí ag titim scaipthe trí ualaí barr (Fíor 1a). Rinneadh dífhoirmiú mór ar phúdair eiliminteacha Cu, Zr, agus Ni mar gheall ar tháthú fuar ag céim luath MA (3 h), rud a d'eascair cáithníní móra púdair (>1 mm ar trastomhas). Is sainairíonna do na cáithníní ilchodacha móra seo foirmiú sraitheanna tiubha d'eilimintí cóimhiotail (Cu, Zr, Ni), mar a thaispeántar i bhFíor 3a,b. Mar thoradh ar an am MA a mhéadú go 12 h (céim idirmheánach), tháinig méadú ar fhuinneamh cinéiteach an mhuilinn liathróidí, rud a d'eascair dianscaoileadh an phúdair ilchodaigh i bpúdair níos míne (níos lú ná 200 µm), mar a thaispeántar i bhFíor 3c,d. Ag an gcéim seo, bíonn an fórsa bearrtha feidhmeach mar thoradh ar... foirmiú dromchla miotail nua le sraitheanna míne Cu, Zr, Ni, mar a thaispeántar i bhFíor 3c,d. Mar thoradh ar scagadh na sraitheanna, tarlaíonn imoibrithe céime soladaí ag comhéadan na gcalóg chun céimeanna nua a ghiniúint.
Ag buaicphointe an phróisis MA (tar éis 50 uair an chloig), ní raibh an miotalagrafaíocht scagach le feiceáil ach go lag (Fíor 3e,f), ach léirigh dromchla snasta an phúdair miotalagrafaíocht scátháin. Ciallaíonn sé seo go bhfuil an próiseas MA críochnaithe agus gur cruthaíodh céim imoibrithe aonair. Cinneadh comhdhéanamh eiliminteach na réigiún atá innéacsaithe i bhFíor 3e (I, II, III), f, v, vi) trí úsáid a bhaint as micreascópacht leictreon scanadh astaíochta réimse (FE-SEM) in éineacht le speictreascópacht X-ghathaithe scaipthe fuinnimh (EDS) (IV).
I dTábla 2, taispeántar tiúchan eiliminteach na n-eilimintí cóimhiotail mar chéatadán de mheáchan iomlán gach réigiúin a roghnaíodh i bhFíor 3e,f. Agus na torthaí seo á gcomparáid leis na comhdhéanamh ainmniúla tosaigh de Cu50Zr20Ni30 agus Cu50Zr40Ni10 atá liostaithe i dTábla 1, is léir go bhfuil luachanna an-chosúil ag comhdhéanamh an dá tháirge deiridh seo leis 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 luaineacht 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 aonchineálacha, mar a thaispeántar i dTábla 2.
Fuarthas micreagraif FE-SEM den phúdar Cu50(Zr50−xNix) den táirge deiridh 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 muilleoireachta seo, comhiomlánaíonn an púdar mar gheall ar éifeacht van der Waals, rud a fhágann go bhfoirmítear comhiomláin mhóra ina bhfuil cáithníní ultrafine le trastomhais idir 73 agus 126 nm, mar a thaispeántar i bhFíor 4.
Saintréithe moirfeolaíocha púdair Cu50(Zr50−xNix) a fuarthas tar éis am MA 50 uair an chloig. Maidir leis na córais Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, taispeántar íomhánna FE-SEM de na púdair a fuarthas tar éis 50 uair MA in (a), (b), (c) agus (d), faoi seach.
Sula luchtaíodh na púdair isteach i bhfriothálaí 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 a chruthaíonn go leor fadhbanna suntasacha go minic i rith an phróisis sciath. Tar éis an próiseas MA a bheith críochnaithe, rinneadh tuilleadh tréithrithe chun imscrúdú a dhéanamh ar aonchineálacht na bpúdair chóimhiotail. Taispeánann Fíor 5a–d na micreagraif FE-SEM agus na híomhánna EDS comhfhreagracha de na heilimintí cóimhiotail Cu, Zr agus Ni den chóimhiotal Cu50Zr30Ni20 a fhaightear tar éis 50 uair an chloig d'am M, faoi seach. Ba chóir a thabhairt faoi deara go bhfuil na púdair chóimhiotail a tháirgtear tar éis na céime seo aonchineálach mar nach léiríonn siad aon luaineachtaí comhdhéanaimh thar an leibhéal fo-nanaiméadar, mar a thaispeántar i bhFíor 5.
Morfeolaíocht agus dáileadh eiliminteach áitiúil púdair MG Cu50Zr30Ni20 a fhaightear tar éis 50 uair MA trí speictreascópacht X-ghathaithe scaipthe fuinnimh (EDS) FE-SEM. (a) Mapáil SEM agus X-ghathaithe EDS de (b) íomhánna Cu-Kα, (c) Zr-Lα agus (d) Ni-Kα.
Taispeántar i bhFíor 6a–d, faoi seach, patrúin XRD na bpúdar Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 agus Cu50Zr20Ni30 atá cóimhiotail go meicniúil, a fuarthas tar éis am MA 50 uair an chloig. Tar éis na céime seo den mhuilleoireacht, léirigh na samplaí uile le tiúchain Zr éagsúla struchtúir neamhchruthacha le patrúin idirleata hala tréithiúla mar a thaispeántar i bhFíor 6.
Patrúin XRD de phúdair (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 agus (d) Cu50Zr20Ni30 tar éis am MA de 50 uair an chloig. Léirigh na samplaí uile gan eisceacht patrún idirleata hala, rud a thugann le fios go raibh céim neamhchruthach á foirmiú.
Baineadh úsáid as micreascópacht leictreon tarchurtha ardtaifigh astaíochta allamuigh (FE-HRTEM) chun athruithe struchtúracha a bhreathnú agus struchtúr áitiúil na bpúdair a eascraíonn as muilleoireacht liathróide ag amanna MA éagsúla a thuiscint. Taispeántar íomhánna FE-HRTEM de na púdair a fuarthas tar éis na gcéimeanna luatha (6 uair an chloig) agus idirmheánacha (18 uair an chloig) de mhuilleoireacht do phúdair Cu50Zr30Ni20 agus Cu50Zr40Ni10 i bhFíor 7a,c, faoi seach. De réir íomhá réimse geal (BFI) an phúdair a táirgeadh tar éis MA 6 uair an chloig, tá an púdar comhdhéanta de ghráinní móra le teorainneacha dea-shainithe de na dúile fcc-Cu, hcp-Zr agus fcc-Ni, agus níl aon chomhartha ann go bhfuil an chéim imoibrithe déanta, mar a thaispeántar i bhFíor 7a. Ina theannta sin, nocht an patrún difreactaithe limistéir roghnaithe comhghaolmhar (SADP) a tógadh ó réigiún lár (a) patrún difreactaithe cusp (Fíor 7b), rud a léiríonn láithreacht criostailítí móra agus easpa céime imoibríoch.
Saintréithiú struchtúrach áitiúil púdair MA a fuarthas tar éis céimeanna luatha (6 uair an chloig) agus idirmheánacha (18 uair an chloig). (a) Micreascópacht leictreon tarchurtha ardtaifigh astaíochta réimse (FE-HRTEM), agus (b) an patrún difreachtaithe limistéir 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 tréimhse MA 18 uair an chloig i (c).
Mar a thaispeántar i bhFíor 7c, mar thoradh ar fhad an MA a shíneadh go 18 uair an chloig, bhí lochtanna móra laitíse ann in éineacht le dífhoirmiú plaisteach. Le linn na céime idirmheánaí seo den phróiseas MA, taispeánann an púdar lochtanna éagsúla, lena n-áirítear lochtanna cruachta, lochtanna laitíse, agus lochtanna pointe (Fíor 7). Fágann na lochtanna seo go scoilteann na gráin mhóra feadh a dteorainneacha gráin ina bhfo-ghráin le méideanna níos lú ná 20 nm (Fíor 7c).
Léiríonn struchtúr áitiúil an phúdair Cu50Z30Ni20 a muiltear ar feadh 36 uair an chloig MA foirmiú nanoghráin ultrafhíneáil atá leabaithe i maitrís mhín neamhchruthach, mar a thaispeántar i bhFíor 8a. Léirigh anailís EDS áitiúil go raibh na nana-chnuasaigh sin a thaispeántar i bhFíor 8a bainteach le heilimintí cóimhiotalacha púdair Cu, Zr agus Ni neamhphróiseáilte. Ag an am céanna, luainigh cion Cu an mhaitrís ó ~32 at.% (limistéar tanaí) go ~74 at.% (limistéar saibhir), rud a léiríonn foirmiú táirgí ilchineálacha. Ina theannta sin, taispeánann na SADPanna comhfhreagracha de na púdair a fhaightear tar éis muilleoireachta ag an gcéim seo fáinní príomhúla agus tánaisteacha hala-idirleata de chéim neamhchruthach, ag forluí le pointí géara a bhaineann leis na heilimintí cóimhiotalacha amha sin, mar a thaispeántar i bhFíor 8b.
Gnéithe struchtúracha áitiúla ar nanoscála púdair Cu50Zr30Ni20 thar 36 uair an chloig. (a) Íomhá réimse geal (BFI) agus (b) SADP comhfhreagrach de phúdar Cu50Zr30Ni20 a fhaightear tar éis muilleoireacht ar feadh 36 uair an chloig MA.
I ngar do dheireadh an phróisis MA (50 uair an chloig), bíonn moirfeolaíocht chéime neamhchruthach labirintíneach ag púdair Cu50(Zr50−xNix), X; 10, 20, 30 agus 40 at.% i gcónaí mar a thaispeántar i bhFíor 9a–d. Sa SADP comhfhreagrach de gach comhdhéanamh, ní fhéadfaí difreactáin phointeacha ná patrúin fáinneacha géara a bhrath. Léiríonn sé seo nach bhfuil aon mhiotal criostalach neamhphróiseáilte i láthair, ach go bhfoirmítear púdar cóimhiotail neamhchruthach. Baineadh úsáid as na SADPanna comhghaolmhara seo a thaispeánann patrúin idirleata hala mar fhianaise ar fhorbairt céimeanna neamhchruthacha san ábhar táirge deiridh.
Struchtúr áitiúil an táirge deiridh den chóras MG Cu50 (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.
Rinneadh imscrúdú ar chobhsaíocht theirmeach theocht an trasdula gloine (Tg), réigiún an leachta fho-fhuaraithe (ΔTx) agus teocht an chriostalaithe (Tx) mar fheidhm d'ábhar Ni (x) an chórais neamhchruthach Cu50(Zr50−xNix) ag baint úsáide as Calraiméadracht scanadh difreálach (DSC) airíonna faoi shreabhadh gáis He. Taispeántar rianta DSC na bpúdar cóimhiotail neamhchruthach Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 agus Cu50Zr10Ni40 a fuarthas tar éis am MA de 50 uair an chloig i bhFíor 10a, b, e, faoi seach. Cé go léirítear cuar DSC an neamhchruthaigh Cu50Zr20Ni30 ar leithligh i bhFíor 10c. Idir an dá linn, taispeántar an sampla Cu50Zr30Ni20 téite go ~700 °C i DSC i bhFíor 10d.
Cobhsaíocht theirmeach púdair Cu50(Zr50−xNix) MG a fhaightear tar éis am MA de 50 uair an chloig, mar atá innéacsaithe ag teocht trasdulta gloine (Tg), teocht criostalaithe (Tx), agus réigiún leachtach fo-fhuaraithe (ΔTx). Teirmeagraim chalraiméadair scanadh difreálach (DSC) de (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 agus (e) púdair chóimhiotail Cu50Zr10Ni40 MG tar éis am MA de 50 uair an chloig. Taispeántar patrún difreactaithe X-gha (XRD) an tsampla Cu50Zr30Ni20 téite go ~700 °C i DSC i (d).
Mar a thaispeántar i bhFíor 10, léiríonn cuar DSC na gcomhdhéanamh uile le tiúchain Ni éagsúla (x) dhá chás éagsúla, ceann inteirmeach agus an ceann eile eisiteirmeach. Freagraíonn an chéad imeacht inteirmeach do Tg, agus baineann an dara ceann le Tx. Tugtar an réigiún leachtach fo-fhuaraithe (ΔTx = Tx – Tg) ar an réigiún réise cothrománach atá ann idir Tg agus Tx. Léiríonn na torthaí go n-aistríonn Tg agus Tx an tsampla Cu50Zr40Ni10 (Fíor 10a), curtha ag 526°C agus 612°C, an cion (x) go 20 at.% i dtreo thaobh an teocht íseal de 482°C agus 563°C de réir mar a mhéadaíonn cion Ni (x), faoi seach, mar a thaispeántar i bhFíor 10b. Dá bhrí sin, laghdaíonn ΔTx Cu50Zr40Ni10 ó 86 °C (Fíor 10a) go 81 °C do Cu50Zr30Ni20 (Fíor ... 10b). I gcás an chóimhiotail MG Cu50Zr40Ni10, breathnaíodh freisin gur laghdaigh luachanna Tg, Tx agus ΔTx go dtí leibhéal 447°C, 526°C agus 79°C (Fíor 10b). Léiríonn sé seo go mbíonn laghdú ar chobhsaíocht theirmeach an chóimhiotail MG mar thoradh ar an méadú ar ábhar Ni. I gcodarsnacht leis sin, tá luach Tg (507°C) an chóimhiotail MG Cu50Zr20Ni30 níos ísle ná luach an chóimhiotail MG Cu50Zr40Ni10; mar sin féin, taispeánann a Tx luach inchomparáide leis an gcéad cheann (612°C). Dá bhrí sin, taispeánann ΔTx luach níos airde (87°C), mar a thaispeántar i bhFíor 10c.
Criostalaíonn an córas MG Cu50(Zr50−xNix), ag glacadh an chóimhiotail MG Cu50Zr20Ni30 mar shampla, trí bhuaic eisiteirmeach géar isteach sna céimeanna criostail de fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10 agus orthorhombic-ZrNi (Fíor 10c). Deimhníodh an t-aistriú céime neamhchruthach go criostalach seo le XRD den sampla MG (Fíor 10d), a téadh go 700 °C i DSC.
Taispeánann Fíor 11 grianghraif a tógadh le linn an phróisis spraeála fuar a rinneadh sa saothar reatha. Sa staidéar seo, úsáideadh na cáithníní púdair miotail cosúil le gloine a sintéisíodh tar éis am MA 50 uair an chloig (ag glacadh Cu50Zr20Ni30 mar shampla) mar amhábhair fhrithmhiocróbacha, agus rinneadh an pláta cruach dhosmálta (SUS304) a sciathú le teicneolaíocht spraeála fuar. Roghnaíodh an modh spraeála fuar le haghaidh sciath sa tsraith teicneolaíochta spraeála teirmeach toisc gurb é an modh is éifeachtaí sa tsraith spraeála teirmeach é agus is féidir é a úsáid le haghaidh ábhar íogair teochta meiteastábla miotail amhail púdair neamhchriostalach agus nanachriostalach, nach bhfuil faoi réir aistrithe céime. Seo an príomhfhachtóir i roghnú an mhodha seo. Déantar an próiseas spraeála fuar trí úsáid a bhaint as cáithníní ardluais a thiontaíonn fuinneamh cinéiteach na gcáithníní ina dhífhoirmiú plaisteach, brú agus teas nuair a bhíonn siad i dteagmháil 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 sciath MG/SUS 304 ag 550 °C.
Ní mór fuinneamh cinéiteach na gcáithníní, agus dá bhrí sin móiminteam gach cáithnín i bhfoirmiú an sciath, a thiontú ina fhoirmeacha eile fuinnimh trí mheicníochtaí amhail dífhoirmiú plaisteach (idirghníomhaíochtaí tosaigh cáithnín agus cáithnín-cháithnín sa tsubstráit agus idirghníomhaíochtaí cáithnín), comhdhlúthú folúntais, rothlú cáithnín-cháithnín, brú agus teas sa deireadh 39. Ina theannta sin, mura ndéantar an fuinneamh cinéiteach go léir a thagann isteach a thiontú ina theas agus ina fhuinneamh brú, is é an toradh imbhualadh leaisteach, rud a chiallaíonn go bpreabann na cáithníní ar ais tar éis an imbhuailte. Tugadh le fios go ndéantar 90% den fhuinneamh tionchair a chuirtear i bhfeidhm ar an ábhar cáithnín/tsubstráit 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/tsubstráit i mbeagán ama 41,42.
De ghnáth, meastar gur próiseas diomailt fuinnimh é dífhoirmiú plaisteach, nó go sonrach, foinse teasa sa réigiún comhéadain. Mar sin féin, ní bhíonn an méadú teochta sa réigiún comhéadain leordhóthanach de ghnáth chun leá comhéadain a tháirgeadh nó chun idirleathadh adamhach a chur chun cinn go suntasach. Níl aon fhoilseachán ar eolas ag na húdair a dhéanann imscrúdú ar éifeacht airíonna na bpúdar miotalacha gloiní seo ar ghreamaitheacht agus ar thaisceadh púdair a tharlaíonn nuair a úsáidtear modhanna spraeála fuar.
Is féidir BFI púdair chóimhiotail MG Cu50Zr20Ni30 a fheiceáil i bhFíor 12a, a bhí brataithe ar shubstráit SUS 304 (Fíor 11, 12b). Mar is léir ón bhfigiúr, coinníonn na púdair brataithe 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 go bhfuil céim sheachtrach i láthair, mar a mholtar le nana-cháithníní atá ionchorpraithe sa mhaitrís púdair atá brataithe le MG (Fíor 12a). Léiríonn Fíor 12c an patrún difreactaithe nana-bhíoma innéacsaithe (NBDP) a bhaineann le réigiún I (Fíor 12a). Mar a thaispeántar i bhFíor 12c, taispeánann NBDP patrún lag idirleata halo de struchtúr éagruthach agus comhbhíonn sé le paistí géara a fhreagraíonn don chéim mhór chriostalach ciúbach Zr2Ni meiteastábla móide teitreagónach CuO. Is féidir foirmiú CuO a chur i leith ocsaídiú an phúdair agus é ag taisteal ó nozzle an ghunna spraeála go SUS 304 i an t-aer oscailte faoi shreabhadh forfhuaimiúil. Ar an láimh eile, baineadh amach foirmiú céimeanna ciúbacha móra tar éis cóireála spraeála fuar ag 550 °C ar feadh 30 nóiméad trí dhíghloiniú na bpúdar miotalacha gloineacha.
(a) Íomhá FE-HRTEM de MG atá brataithe le púdar ar (b) foshraith SUS 304 (inset den fhigiúr). Taispeántar innéacs NBDP an tsiombail chiorclaigh a thaispeántar in (a) in (c).
Chun an mheicníocht fhéideartha seo a fhíorú maidir le foirmiú nana-cháithníní ciúbacha móra Zr2Ni, rinneadh turgnamh neamhspleách. Sa turgnamh seo, spraeáladh na púdair ó ghunna spraeála ag 550 °C i dtreo an tsubstráit SUS 304; áfach, chun éifeacht annála na bpúdair a shoiléiriú, baineadh iad den stiall SUS304 chomh tapa agus ab fhéidir (thart ar 60 soicind). Rinneadh sraith eile turgnamh inar baineadh púdar den tsubstráit thart ar 180 soicind tar éis an taiscthe.
Taispeánann Fíoracha 13a,b íomhánna réimse dorcha (DFI) a fuarthas trí mhicreascópacht leictreon tarchurtha scanadh (STEM) de dhá ábhar spraeáilte a taisceadh ar foshraitheanna SUS 304 ar feadh 60 s agus 180 s, faoi seach. Níl aon sonraí moirfeolaíocha san íomhá púdair a taisceadh ar feadh 60 soicind, rud a léiríonn neamhghné (Fíor 13a). Deimhníodh é seo freisin le XRD, rud a léirigh go raibh struchtúr ginearálta na bpúdar seo neamhchruthach, mar a léirítear leis na huasmhéideanna difreactachta príomhúla agus tánaisteacha leathana a thaispeántar i bhFíor 14a. Léiríonn siad seo easpa deascadh meiteastábla/mesófáis, áit a gcoinníonn an púdar a struchtúr neamhchruthach bunaidh. I gcodarsnacht leis sin, léirigh an púdar a spraeáladh ag an teocht chéanna (550 °C), ach a fágadh ar an tsubstráit ar feadh 180 s, deascadh grán nana-mhéide, mar a léirítear leis na saigheada i bhFíor 13b.