Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર. તમે જે બ્રાઉઝર વર્ઝનનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છો તેમાં CSS માટે મર્યાદિત સપોર્ટ છે. શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટેડ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા ઇન્ટરનેટ એક્સપ્લોરરમાં સુસંગતતા મોડ બંધ કરો). આ દરમિયાન, સતત સપોર્ટ સુનિશ્ચિત કરવા માટે, અમે શૈલીઓ અને જાવાસ્ક્રિપ્ટ વિના સાઇટ પ્રદર્શિત કરીશું.
ક્રોનિક ચેપના વિકાસમાં બાયોફિલ્મ્સ એક મહત્વપૂર્ણ ઘટક છે, ખાસ કરીને જ્યારે તબીબી ઉપકરણો સામેલ હોય છે. આ સમસ્યા તબીબી સમુદાય માટે એક મોટો પડકાર રજૂ કરે છે, કારણ કે પ્રમાણભૂત એન્ટિબાયોટિક્સ ફક્ત ખૂબ જ મર્યાદિત હદ સુધી બાયોફિલ્મ્સને નાબૂદ કરી શકે છે. બાયોફિલ્મ રચના અટકાવવાથી વિવિધ કોટિંગ પદ્ધતિઓ અને નવી સામગ્રીનો વિકાસ થયો છે. આ પદ્ધતિઓ સપાટીઓને એવી રીતે કોટ કરવાનો હેતુ ધરાવે છે જે બાયોફિલ્મ રચનાને અટકાવે છે. ધાતુના કાચના એલોય, ખાસ કરીને તાંબા અને ટાઇટેનિયમ ધાતુઓ ધરાવતા, આદર્શ એન્ટિમાઇક્રોબાયલ કોટિંગ તરીકે ઉભરી આવ્યા છે. તે જ સમયે, કોલ્ડ સ્પ્રે ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ વધ્યો છે કારણ કે તે તાપમાન-સંવેદનશીલ સામગ્રીની પ્રક્રિયા માટે યોગ્ય પદ્ધતિ છે. આ અભ્યાસનો હેતુ યાંત્રિક એલોયિંગ તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને ટર્નરી Cu-Zr-Ni થી બનેલી એક નવી એન્ટિબેક્ટેરિયલ ફિલ્મ મેટાલિક ગ્લાસ વિકસાવવાનો હતો. અંતિમ ઉત્પાદન બનાવે છે તે ગોળાકાર પાવડરનો ઉપયોગ નીચા તાપમાને સ્ટેનલેસ સ્ટીલ સપાટીઓના કોલ્ડ સ્પ્રે કોટિંગ માટે કાચા માલ તરીકે થાય છે. ધાતુના કાચથી કોટેડ સબસ્ટ્રેટ્સ સ્ટેનલેસ સ્ટીલની તુલનામાં બાયોફિલ્મ રચનાને ઓછામાં ઓછા 1 લોગ દ્વારા નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડવામાં સક્ષમ હતા.
માનવ ઇતિહાસ દરમ્યાન, કોઈપણ સમાજ તેની ચોક્કસ જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરતી નવી સામગ્રીની રજૂઆતને ડિઝાઇન અને પ્રોત્સાહન આપવામાં સક્ષમ રહ્યો છે, જેના પરિણામે વૈશ્વિક અર્થતંત્રમાં કામગીરી અને રેન્કિંગમાં સુધારો થયો છે. તે હંમેશા માનવ ક્ષમતાને આભારી છે કે તેઓ એક દેશ અથવા પ્રદેશથી બીજા ક્ષેત્રમાં આરોગ્ય, શિક્ષણ, ઉદ્યોગ, અર્થશાસ્ત્ર, સંસ્કૃતિ અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં લાભ પ્રાપ્ત કરવા માટે સામગ્રી અને ફેબ્રિકેશન સાધનો અને ડિઝાઇન વિકસાવવાની ક્ષમતા ધરાવે છે. દેશ અથવા પ્રદેશને ધ્યાનમાં લીધા વિના પ્રગતિ માપવામાં આવે છે. 2 60 વર્ષથી, સામગ્રી વૈજ્ઞાનિકોએ તેમનો મોટાભાગનો સમય એક મુખ્ય ચિંતા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવા માટે સમર્પિત કર્યો છે: નવીન અને અદ્યતન સામગ્રીનો પીછો. તાજેતરના સંશોધનમાં હાલની સામગ્રીની ગુણવત્તા અને પ્રદર્શનમાં સુધારો કરવા, તેમજ સંપૂર્ણપણે નવા પ્રકારની સામગ્રીનું સંશ્લેષણ અને શોધ કરવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવામાં આવ્યું છે.
એલોયિંગ તત્વોનો ઉમેરો, સામગ્રીના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરમાં ફેરફાર અને થર્મલ, યાંત્રિક અથવા થર્મો-મિકેનિકલ પ્રોસેસિંગ તકનીકોના ઉપયોગથી વિવિધ પ્રકારની સામગ્રીના યાંત્રિક, રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મોમાં નોંધપાત્ર સુધારો થયો છે. વધુમાં, અત્યાર સુધી ક્યારેય સાંભળ્યા ન હોય તેવા સંયોજનો આ બિંદુએ સફળતાપૂર્વક સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યા છે. આ સતત પ્રયાસોએ નવીન સામગ્રીના એક નવા પરિવારને જન્મ આપ્યો છે, જેને સામૂહિક રીતે એડવાન્સ્ડ મટિરિયલ્સ2 તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. નેનોક્રિસ્ટલ્સ, નેનોપાર્ટિકલ્સ, નેનોટ્યુબ્સ, ક્વોન્ટમ ડોટ્સ, શૂન્ય-પરિમાણીય, આકારહીન ધાતુના ચશ્મા અને ઉચ્ચ-એન્ટ્રોપી એલોય એ છેલ્લી સદીના મધ્યભાગથી વિશ્વમાં રજૂ કરાયેલા અદ્યતન પદાર્થોના કેટલાક ઉદાહરણો છે. અંતિમ ઉત્પાદનમાં અથવા તેના ઉત્પાદનના મધ્યવર્તી તબક્કામાં, શ્રેષ્ઠ ગુણધર્મોવાળા નવા એલોયનું ઉત્પાદન અને વિકાસ કરતી વખતે, અસંતુલનની સમસ્યા ઘણીવાર ઉમેરવામાં આવે છે. સંતુલનથી નોંધપાત્ર રીતે વિચલિત થવા માટે નવી ફેબ્રિકેશન તકનીકોને અમલમાં મૂકવાના પરિણામે, મેટાસ્ટેબલ એલોયનો એક સંપૂર્ણ નવો વર્ગ, જેને મેટાલિક ગ્લાસ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, શોધાયો છે.
૧૯૬૦માં કેલ્ટેક ખાતેના તેમના કાર્યથી ધાતુના એલોયના ખ્યાલમાં ક્રાંતિ આવી જ્યારે તેમણે લગભગ એક મિલિયન ડિગ્રી પ્રતિ સેકન્ડની ઝડપે પ્રવાહીને ઝડપથી ઘન બનાવીને કાચ જેવા Au-25 at.% Si એલોયનું સંશ્લેષણ કર્યું. ૪. પ્રોફેસર પોલ ડુવેઝની શોધ ઘટનાએ માત્ર ધાતુના ચશ્મા (MG) ના ઇતિહાસની શરૂઆત જ નહીં, પણ ધાતુના એલોય વિશે લોકોની વિચારસરણીમાં પણ પરિવર્તન લાવ્યું. MG એલોયના સંશ્લેષણમાં શરૂઆતના અગ્રણી અભ્યાસોથી, લગભગ તમામ ધાતુના ચશ્મા સંપૂર્ણપણે નીચેની પદ્ધતિઓમાંથી એકનો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવ્યા છે; (i) ઓગળવું અથવા વરાળનું ઝડપી ઘનકરણ, (ii) જાળીનું અણુ અવ્યવસ્થા, (iii) શુદ્ધ ધાતુ તત્વો વચ્ચે ઘન-અવસ્થા આકારીકરણ પ્રતિક્રિયાઓ, અને (iv) મેટાસ્ટેબલ તબક્કાઓના ઘન-અવસ્થા સંક્રમણો.
MGs સ્ફટિકો સાથે સંકળાયેલા લાંબા-અંતરના અણુ ક્રમના અભાવ દ્વારા અલગ પડે છે, જે સ્ફટિકોની એક વ્યાખ્યાયિત લાક્ષણિકતા છે. આજના વિશ્વમાં, ધાતુના કાચના ક્ષેત્રમાં ખૂબ પ્રગતિ થઈ છે. તે રસપ્રદ ગુણધર્મો ધરાવતી નવીન સામગ્રી છે જે ફક્ત ઘન-અવસ્થા ભૌતિકશાસ્ત્રમાં જ નહીં, પરંતુ ધાતુશાસ્ત્ર, સપાટી રસાયણશાસ્ત્ર, ટેકનોલોજી, જીવવિજ્ઞાન અને અન્ય ઘણા ક્ષેત્રોમાં પણ રસપ્રદ છે. આ નવા પ્રકારનો પદાર્થ ઘન ધાતુઓથી અલગ ગુણધર્મો દર્શાવે છે, જે તેને વિવિધ ક્ષેત્રોમાં તકનીકી એપ્લિકેશનો માટે એક રસપ્રદ ઉમેદવાર બનાવે છે. તેમની પાસે કેટલાક મહત્વપૂર્ણ ગુણધર્મો છે; (i) ઉચ્ચ યાંત્રિક નરમાઈ અને ઉપજ શક્તિ, (ii) ઉચ્ચ ચુંબકીય અભેદ્યતા, (iii) ઓછી જબરદસ્તી, (iv) અસામાન્ય કાટ પ્રતિકાર, (v) તાપમાન સ્વતંત્રતા 6,7 ની વાહકતા.
મિકેનિકલ એલોયિંગ (MA)1,8 એ પ્રમાણમાં નવી તકનીક છે, જે સૌપ્રથમ 19839 માં પ્રો. સી.સી. કોક અને તેમના સાથીદારો દ્વારા રજૂ કરવામાં આવી હતી. તેમણે ઓરડાના તાપમાનની ખૂબ નજીક આસપાસના તાપમાને શુદ્ધ તત્વોના મિશ્રણને પીસીને આકારહીન Ni60Nb40 પાવડર તૈયાર કર્યા. સામાન્ય રીતે, MA પ્રતિક્રિયા રિએક્ટરમાં રિએક્ટન્ટ મટીરીયલ પાવડરના ડિફ્યુઝિવ કપ્લીંગ વચ્ચે કરવામાં આવે છે, જે સામાન્ય રીતે સ્ટેનલેસ સ્ટીલથી બનેલા હોય છે અને બોલ મિલ 10 (આકૃતિ 1a, b) માં બનાવવામાં આવે છે. ત્યારથી, આ યાંત્રિક રીતે પ્રેરિત ઘન-અવસ્થા પ્રતિક્રિયા તકનીકનો ઉપયોગ ઓછી (આકૃતિ 1c) અને ઉચ્ચ ઉર્જા બોલ મિલ, તેમજ રોડ મિલ 11,12,13,14,15, 16 નો ઉપયોગ કરીને નવલકથા આકારહીન/ધાતુ કાચ એલોય પાવડર તૈયાર કરવા માટે કરવામાં આવે છે. ખાસ કરીને, આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ Cu-Ta17 જેવી અવિભાજ્ય સિસ્ટમો, તેમજ Al-ટ્રાન્ઝીશન મેટલ સિસ્ટમ્સ (TM; Zr, Hf, Nb અને Ta)18,19 અને Fe-W20 જેવા ઉચ્ચ ગલનબિંદુ એલોય તૈયાર કરવા માટે કરવામાં આવે છે, જે પરંપરાગત તૈયારી માર્ગોનો ઉપયોગ કરીને મેળવી શકાતા નથી. વધુમાં, MA ને મેટલ ઓક્સાઇડ, કાર્બાઇડ, નાઇટ્રાઇડ, હાઇડ્રાઇડ, કાર્બનના ઔદ્યોગિક-સ્કેલ નેનોક્રિસ્ટલાઇન અને નેનોકોમ્પોઝીટ પાવડર કણોની તૈયારી માટે સૌથી શક્તિશાળી નેનોટેકનોલોજી સાધનોમાંનું એક માનવામાં આવે છે. નેનોટ્યુબ્સ, નેનોડાયમંડ્સ, તેમજ ટોપ-ડાઉન અભિગમ 1 અને મેટાસ્ટેબલ તબક્કાઓ દ્વારા વ્યાપક સ્થિરીકરણ.
આ અભ્યાસમાં Cu50(Zr50−xNix) મેટાલિક ગ્લાસ (MG) કોટિંગ/SUS 304 તૈયાર કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતી ફેબ્રિકેશન પદ્ધતિ દર્શાવતી યોજના. (a) ઓછી ઉર્જા બોલ મિલિંગ તકનીકનો ઉપયોગ કરીને વિવિધ Ni સાંદ્રતા x (x; 10, 20, 30 અને 40 at.%) સાથે MG એલોય પાવડરની તૈયારી. (a) શરૂઆતની સામગ્રીને ટૂલ સ્ટીલ બોલ સાથે ટૂલ સિલિન્ડરમાં લોડ કરવામાં આવે છે, અને (b) He વાતાવરણથી ભરેલા ગ્લોવ બોક્સમાં સીલ કરવામાં આવે છે. (c) ગ્રાઇન્ડીંગ દરમિયાન બોલ ગતિ દર્શાવતા ગ્રાઇન્ડીંગ વાસણનું પારદર્શક મોડેલ. 50 કલાક પછી મેળવેલા પાવડરના અંતિમ ઉત્પાદનનો ઉપયોગ કોલ્ડ સ્પ્રે પદ્ધતિ (d) નો ઉપયોગ કરીને SUS 304 સબસ્ટ્રેટને કોટ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.
જ્યારે જથ્થાબંધ સામગ્રીની સપાટીઓ (સબસ્ટ્રેટ્સ) ની વાત આવે છે, ત્યારે સપાટી ઇજનેરીમાં સપાટીઓ (સબસ્ટ્રેટ્સ) ની ડિઝાઇન અને ફેરફારનો સમાવેશ થાય છે જેથી મૂળ જથ્થાબંધ સામગ્રીમાં સમાવિષ્ટ ન હોય તેવા ચોક્કસ ભૌતિક, રાસાયણિક અને તકનીકી ગુણો પૂરા પાડી શકાય. સપાટીની સારવાર દ્વારા અસરકારક રીતે સુધારી શકાય તેવા કેટલાક ગુણધર્મોમાં ઘર્ષણ પ્રતિકાર, ઓક્સિડેશન અને કાટ પ્રતિકાર, ઘર્ષણ ગુણાંક, જૈવ-જડતા, વિદ્યુત ગુણધર્મો અને થર્મલ ઇન્સ્યુલેશનનો સમાવેશ થાય છે. ધાતુશાસ્ત્ર, યાંત્રિક અથવા રાસાયણિક તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને સપાટીની ગુણવત્તા સુધારી શકાય છે. એક જાણીતી પ્રક્રિયા તરીકે, કોટિંગને ફક્ત બીજી સામગ્રીથી બનેલા જથ્થાબંધ પદાર્થ (સબસ્ટ્રેટ) ની સપાટી પર કૃત્રિમ રીતે જમા કરાયેલ સામગ્રીના એક અથવા બહુવિધ સ્તરો તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. આમ, કોટિંગનો ઉપયોગ અમુક ઇચ્છિત તકનીકી અથવા સુશોભન ગુણધર્મો પ્રાપ્ત કરવા માટે, તેમજ આસપાસના પર્યાવરણ સાથે અપેક્ષિત રાસાયણિક અને ભૌતિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓથી સામગ્રીને સુરક્ષિત કરવા માટે થાય છે.23.
થોડા માઇક્રોમીટર (૧૦-૨૦ માઇક્રોમીટરથી નીચે) થી ૩૦ માઇક્રોમીટરથી વધુ અથવા તો થોડા મિલીમીટર સુધીની જાડાઈવાળા યોગ્ય સપાટી સુરક્ષા સ્તરો જમા કરવા માટે, ઘણી પદ્ધતિઓ અને તકનીકો લાગુ કરી શકાય છે. સામાન્ય રીતે, કોટિંગ પ્રક્રિયાઓને બે શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: (i) ભીના કોટિંગ પદ્ધતિઓ, જેમાં ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ, ઇલેક્ટ્રોલેસ પ્લેટિંગ અને હોટ-ડિપ ગેલ્વેનાઇઝિંગ પદ્ધતિઓનો સમાવેશ થાય છે, અને (ii) ડ્રાય કોટિંગ પદ્ધતિઓ, જેમાં બ્રેઝિંગ, સરફેસિંગ, ભૌતિક વરાળ ડિપોઝિશન (PVD), રાસાયણિક વરાળ ડિપોઝિશન (CVD), થર્મલ સ્પ્રે તકનીકો અને તાજેતરમાં ઠંડા સ્પ્રે તકનીકો 24 (આકૃતિ 1d) નો સમાવેશ થાય છે.
બાયોફિલ્મ્સને માઇક્રોબાયલ સમુદાયો તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે જે સપાટીઓ સાથે ઉલટાવી શકાય તેવું રીતે જોડાયેલા હોય છે અને સ્વ-ઉત્પાદિત એક્સ્ટ્રાસેલ્યુલર પોલિમર (EPS) થી ઘેરાયેલા હોય છે. સુપરફિસિયલ રીતે પરિપક્વ બાયોફિલ્મ રચના ખાદ્ય ઉદ્યોગ, પાણી પ્રણાલીઓ અને આરોગ્યસંભાળ વાતાવરણ સહિત ઘણા ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રોમાં નોંધપાત્ર નુકસાન તરફ દોરી શકે છે. મનુષ્યોમાં, જ્યારે બાયોફિલ્મ્સ બને છે, ત્યારે માઇક્રોબાયલ ચેપના 80% થી વધુ કેસ (એન્ટરોબેક્ટેરિયાસી અને સ્ટેફાયલોકોસી સહિત) ની સારવાર કરવી મુશ્કેલ હોય છે. વધુમાં, પરિપક્વ બાયોફિલ્મ્સ પ્લાન્કટોનિક બેક્ટેરિયલ કોષોની તુલનામાં એન્ટિબાયોટિક સારવાર માટે 1000 ગણી વધુ પ્રતિરોધક હોવાનું નોંધાયું છે, જેને એક મુખ્ય ઉપચારાત્મક પડકાર માનવામાં આવે છે. પરંપરાગત કાર્બનિક સંયોજનોમાંથી મેળવેલી એન્ટિમાઇક્રોબાયલ સપાટી કોટિંગ સામગ્રીનો ઐતિહાસિક રીતે ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. જોકે આવી સામગ્રીમાં ઘણીવાર ઝેરી ઘટકો હોય છે જે માનવો માટે સંભવિત જોખમી હોય છે, 25,26 તે બેક્ટેરિયાના સંક્રમણ અને સામગ્રીના વિનાશને ટાળવામાં મદદ કરી શકે છે.
બાયોફિલ્મ રચનાને કારણે એન્ટિબાયોટિક સારવાર સામે બેક્ટેરિયાના વ્યાપક પ્રતિકારને કારણે અસરકારક એન્ટિમાઇક્રોબાયલ મેમ્બ્રેન-કોટેડ સપાટી વિકસાવવાની જરૂરિયાત ઊભી થઈ છે જે સુરક્ષિત રીતે લાગુ કરી શકાય છે. ભૌતિક અથવા રાસાયણિક એન્ટિ-એડહેરન્ટ સપાટીનો વિકાસ જેમાં બેક્ટેરિયલ કોષોને સંલગ્નતાને કારણે બાયોફિલ્મ્સ બાંધવા અને બનાવવા માટે અટકાવવામાં આવે છે તે આ પ્રક્રિયામાં પ્રથમ અભિગમ છે. બીજી તકનીક એ કોટિંગ્સ વિકસાવવાની છે જે એન્ટિમાઇક્રોબાયલ રસાયણોને ખૂબ જ કેન્દ્રિત અને અનુરૂપ માત્રામાં ચોક્કસ રીતે પહોંચાડવા સક્ષમ બનાવે છે. આ ગ્રાફીન/જર્મેનિયમ28, બ્લેક ડાયમંડ29 અને ZnO-ડોપ્ડ ડાયમંડ જેવા કાર્બન કોટિંગ્સ30 જેવી અનન્ય કોટિંગ સામગ્રી વિકસાવવા દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે જે બેક્ટેરિયા સામે પ્રતિરોધક છે, એક તકનીક જે બાયોફિલ્મ રચનાને કારણે ઝેરીતા અને પ્રતિકાર વિકાસને મહત્તમ કરે છે તેમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે. વધુમાં, બેક્ટેરિયલ દૂષણથી લાંબા ગાળાનું રક્ષણ પૂરું પાડવા માટે સપાટીમાં જંતુનાશક રસાયણોનો સમાવેશ કરતા કોટિંગ્સ વધુ લોકપ્રિય બની રહ્યા છે. જોકે ત્રણેય પ્રક્રિયાઓ કોટેડ સપાટીઓ પર એન્ટિમાઇક્રોબાયલ અસરો ઉત્પન્ન કરવામાં સક્ષમ છે, તે દરેકની પોતાની મર્યાદાઓનો સમૂહ છે જે એપ્લિકેશન વ્યૂહરચનાઓ વિકસાવતી વખતે ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ.
હાલમાં બજારમાં ઉપલબ્ધ ઉત્પાદનો જૈવિક રીતે સક્રિય ઘટકો માટે રક્ષણાત્મક કોટિંગ્સનું વિશ્લેષણ અને પરીક્ષણ કરવા માટે અપૂરતા સમયને કારણે અવરોધાય છે. કંપનીઓ દાવો કરે છે કે તેમના ઉત્પાદનો વપરાશકર્તાઓને ઇચ્છનીય કાર્યાત્મક પાસાઓ પ્રદાન કરશે; જોકે, હાલમાં બજારમાં ઉપલબ્ધ ઉત્પાદનોની સફળતામાં આ એક અવરોધ રહ્યો છે. ચાંદીમાંથી મેળવેલા સંયોજનોનો ઉપયોગ ગ્રાહકો માટે ઉપલબ્ધ મોટાભાગની એન્ટિમાઇક્રોબાયલ થેરાપીમાં થાય છે. આ ઉત્પાદનો વપરાશકર્તાઓને સુક્ષ્મસજીવોની સંભવિત ખતરનાક અસરોથી બચાવવા માટે વિકસાવવામાં આવ્યા છે. ચાંદીના સંયોજનોની વિલંબિત એન્ટિમાઇક્રોબાયલ અસર અને સંકળાયેલ ઝેરીતા સંશોધકો પર ઓછા હાનિકારક વિકલ્પ વિકસાવવા માટે દબાણ વધારે છે36,37. ઘરની અંદર અને બહાર કામ કરતું વૈશ્વિક એન્ટિમાઇક્રોબાયલ કોટિંગ બનાવવું હજુ પણ એક મુશ્કેલ કાર્ય સાબિત થઈ રહ્યું છે. આ સ્વાસ્થ્ય અને સલામતી બંને માટે સંકળાયેલા જોખમોને કારણે છે. માનવો માટે ઓછું હાનિકારક એન્ટિમાઇક્રોબાયલ એજન્ટ શોધવું અને તેને લાંબા શેલ્ફ લાઇફ સાથે કોટિંગ સબસ્ટ્રેટમાં કેવી રીતે સમાવિષ્ટ કરવું તે શોધવાનું ખૂબ જ ઇચ્છિત લક્ષ્ય છે38. નવીનતમ એન્ટિમાઇક્રોબાયલ અને એન્ટિ-બાયોફિલ્મ સામગ્રી સીધા સંપર્ક દ્વારા અથવા સક્રિય એજન્ટ મુક્ત થયા પછી, નજીકના અંતરે બેક્ટેરિયાને મારવા માટે રચાયેલ છે. તેઓ પ્રારંભિક બેક્ટેરિયલ સંલગ્નતાને અટકાવીને (સપાટી પર પ્રોટીન સ્તરની રચનાનો પ્રતિકાર કરવા સહિત) અથવા કોષ દિવાલ સાથે દખલ કરીને બેક્ટેરિયાને મારીને આ કરી શકે છે.
મૂળભૂત રીતે, સપાટી કોટિંગ એ સપાટી સંબંધિત ગુણોને વધારવા માટે ઘટકની સપાટી પર બીજો સ્તર મૂકવાની પ્રક્રિયા છે. સપાટી કોટિંગનો ધ્યેય ઘટકના નજીકના સપાટી ક્ષેત્રના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર અને/અથવા રચનાને અનુરૂપ બનાવવાનો છે39. સપાટી કોટિંગ તકનીકોને વિવિધ પદ્ધતિઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે, જેનો સારાંશ આકૃતિ 2a માં આપવામાં આવ્યો છે. કોટિંગ બનાવવા માટે વપરાતી પદ્ધતિના આધારે, કોટિંગને થર્મલ, રાસાયણિક, ભૌતિક અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.
(a) સપાટી માટે વપરાતી મુખ્ય ફેબ્રિકેશન તકનીકો દર્શાવતો ઇનસેટ, અને (b) કોલ્ડ સ્પ્રે તકનીકના પસંદ કરેલા ફાયદા અને ગેરફાયદા.
કોલ્ડ સ્પ્રે ટેકનોલોજી પરંપરાગત થર્મલ સ્પ્રે પદ્ધતિઓ સાથે ઘણી સમાનતાઓ ધરાવે છે. જો કે, કેટલાક મુખ્ય મૂળભૂત ગુણધર્મો પણ છે જે કોલ્ડ સ્પ્રે પ્રક્રિયા અને કોલ્ડ સ્પ્રે સામગ્રીને ખાસ કરીને અનન્ય બનાવે છે. કોલ્ડ સ્પ્રે ટેકનોલોજી હજુ પણ તેની શરૂઆતના તબક્કામાં છે, પરંતુ તેનું ભવિષ્ય ઉજ્જવળ છે. ચોક્કસ એપ્લિકેશનોમાં, કોલ્ડ સ્પ્રેના અનન્ય ગુણધર્મો લાક્ષણિક થર્મલ સ્પ્રે પદ્ધતિઓની અંતર્ગત મર્યાદાઓને દૂર કરીને મહાન ફાયદાઓ પ્રદાન કરે છે. તે પરંપરાગત થર્મલ સ્પ્રે ટેકનોલોજીની નોંધપાત્ર મર્યાદાઓને દૂર કરવાનો માર્ગ પૂરો પાડે છે, જે દરમિયાન પાવડરને સબસ્ટ્રેટ પર જમા કરવા માટે ઓગાળવો આવશ્યક છે. દેખીતી રીતે, આ પરંપરાગત કોટિંગ પ્રક્રિયા નેનોક્રિસ્ટલ્સ, નેનોપાર્ટિકલ્સ, આકારહીન અને ધાતુના ચશ્મા જેવી ખૂબ જ તાપમાન-સંવેદનશીલ સામગ્રી માટે યોગ્ય નથી40, 41, 42. વધુમાં, થર્મલ સ્પ્રે કોટિંગ સામગ્રી હંમેશા ઉચ્ચ સ્તરની છિદ્રાળુતા અને ઓક્સાઇડ દર્શાવે છે. કોલ્ડ સ્પ્રે ટેકનોલોજીના થર્મલ સ્પ્રે ટેકનોલોજી કરતાં ઘણા નોંધપાત્ર ફાયદા છે, જેમ કે (i) સબસ્ટ્રેટમાં ન્યૂનતમ ગરમી ઇનપુટ, (ii) સબસ્ટ્રેટ કોટિંગ પસંદગીઓમાં સુગમતા, (iii) તબક્કા પરિવર્તન અને અનાજ વૃદ્ધિનો અભાવ, (iv) ઉચ્ચ બોન્ડ શક્તિ1,39 (આકૃતિ 2b). વધુમાં, કોલ્ડ સ્પ્રે કોટિંગ સામગ્રીમાં ઉચ્ચ કાટ પ્રતિકાર, ઉચ્ચ શક્તિ અને કઠિનતા, ઉચ્ચ વિદ્યુત વાહકતા અને ઉચ્ચ ઘનતા હોય છે41. કોલ્ડ સ્પ્રે પ્રક્રિયાના ફાયદાઓથી વિપરીત, આ તકનીકનો ઉપયોગ કરવાના કેટલાક ગેરફાયદા હજુ પણ છે, જેમ કે આકૃતિ 2b માં બતાવ્યા પ્રમાણે. Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, વગેરે જેવા શુદ્ધ સિરામિક પાવડરને કોટિંગ કરતી વખતે, કોલ્ડ સ્પ્રે પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરી શકાતો નથી. બીજી બાજુ, સિરામિક/મેટલ કમ્પોઝિટ પાવડરનો ઉપયોગ કોટિંગ માટે કાચા માલ તરીકે થઈ શકે છે. અન્ય થર્મલ સ્પ્રે પદ્ધતિઓ માટે પણ આ જ વાત છે. જટિલ સપાટીઓ અને આંતરિક પાઇપ સપાટીઓ હજુ પણ સ્પ્રે કરવી મુશ્કેલ છે.
વર્તમાન કાર્યનો ઉદ્દેશ્ય કાચા કોટિંગ સામગ્રી તરીકે ધાતુના કાચ જેવા પાવડરનો ઉપયોગ કરવાનો છે તે જોતાં, તે સ્પષ્ટ છે કે આ હેતુ માટે પરંપરાગત થર્મલ સ્પ્રેઇંગનો ઉપયોગ કરી શકાતો નથી. આનું કારણ એ છે કે ધાતુના કાચ જેવા પાવડર ઊંચા તાપમાને સ્ફટિકીકરણ કરે છે.
તબીબી અને ખાદ્ય ઉદ્યોગોમાં વપરાતા મોટાભાગના સાધનો ઓસ્ટેનિટિક સ્ટેનલેસ સ્ટીલ એલોય (SUS316 અને SUS304) થી બનેલા હોય છે જેમાં સર્જિકલ સાધનોના ઉત્પાદન માટે 12 થી 20 wt% ની વચ્ચે ક્રોમિયમ સામગ્રી હોય છે. સામાન્ય રીતે સ્વીકારવામાં આવે છે કે સ્ટીલ એલોયમાં એલોયિંગ તત્વ તરીકે ક્રોમિયમ ધાતુનો ઉપયોગ પ્રમાણભૂત સ્ટીલ એલોયના કાટ પ્રતિકારમાં ઘણો સુધારો કરી શકે છે. સ્ટેનલેસ સ્ટીલ એલોય, તેમના ઉચ્ચ કાટ પ્રતિકાર હોવા છતાં, નોંધપાત્ર એન્ટિમાઇક્રોબાયલ ગુણધર્મો પ્રદર્શિત કરતા નથી38,39. આ તેમના ઉચ્ચ કાટ પ્રતિકાર સાથે વિરોધાભાસી છે. આ પછી, ચેપ અને બળતરાના વિકાસની આગાહી કરી શકાય છે, જે મુખ્યત્વે સ્ટેનલેસ સ્ટીલ બાયોમટીરિયલ્સની સપાટી પર બેક્ટેરિયલ સંલગ્નતા અને વસાહતીકરણને કારણે થાય છે. બેક્ટેરિયલ સંલગ્નતા અને બાયોફિલ્મ રચના માર્ગો સાથે સંકળાયેલ નોંધપાત્ર મુશ્કેલીઓને કારણે નોંધપાત્ર મુશ્કેલીઓ ઊભી થઈ શકે છે, જે આરોગ્ય બગાડ તરફ દોરી શકે છે, જેના ઘણા પરિણામો હોઈ શકે છે જે સીધી કે આડકતરી રીતે માનવ સ્વાસ્થ્યને અસર કરી શકે છે.
આ અભ્યાસ કુવૈત ફાઉન્ડેશન ફોર ધ એડવાન્સમેન્ટ ઓફ સાયન્સ (KFAS), કોન્ટ્રાક્ટ નં. 2010-550401 દ્વારા ભંડોળ પૂરું પાડવામાં આવેલ પ્રોજેક્ટનો પ્રથમ તબક્કો છે, જેનો હેતુ એન્ટીબેક્ટેરિયલ ફિલ્મ/SUS304 સપાટી સુરક્ષા કોટિંગના ઉત્પાદન માટે MA ટેકનોલોજી (કોષ્ટક 1) નો ઉપયોગ કરીને ધાતુના કાચ જેવા Cu-Zr-Ni ટર્નરી પાવડર બનાવવાની શક્યતાની તપાસ કરવાનો છે. પ્રોજેક્ટનો બીજો તબક્કો, જે જાન્યુઆરી 2023 માં શરૂ થવાનો છે, તેમાં સિસ્ટમની ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કાટ લાક્ષણિકતાઓ અને યાંત્રિક ગુણધર્મોની વિગતવાર તપાસ કરવામાં આવશે. વિવિધ બેક્ટેરિયલ પ્રજાતિઓ માટે વિગતવાર માઇક્રોબાયોલોજીકલ પરીક્ષણો હાથ ધરવામાં આવશે.
આ પેપરમાં, કાચ બનાવવાની ક્ષમતા (GFA) પર Zr એલોયિંગ તત્વ સામગ્રીની અસરની ચર્ચા મોર્ફોલોજિકલ અને માળખાકીય લાક્ષણિકતાઓના આધારે કરવામાં આવી છે. વધુમાં, કોટેડ મેટાલિક ગ્લાસ પાવડર કોટિંગ/SUS304 કમ્પોઝિટના એન્ટીબેક્ટેરિયલ ગુણધર્મોની પણ ચર્ચા કરવામાં આવી હતી. વધુમાં, ફેબ્રિકેટેડ મેટાલિક ગ્લાસ સિસ્ટમ્સના સબકૂલ્ડ લિક્વિડ પ્રદેશમાં ઠંડા છંટકાવ દરમિયાન થતા મેટાલિક ગ્લાસ પાવડરના માળખાકીય પરિવર્તનની શક્યતાની તપાસ કરવા માટે વર્તમાન કાર્ય હાથ ધરવામાં આવ્યું છે. પ્રતિનિધિ ઉદાહરણો તરીકે, આ અભ્યાસમાં Cu50Zr30Ni20 અને Cu50Zr20Ni30 મેટાલિક ગ્લાસ એલોયનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે.
આ વિભાગમાં, ઓછી ઉર્જાવાળા બોલ મિલિંગમાં એલિમેન્ટલ Cu, Zr અને Ni પાવડરના મોર્ફોલોજિકલ ફેરફારો રજૂ કરવામાં આવ્યા છે. ઉદાહરણ તરીકે, Cu50Zr20Ni30 અને Cu50Zr40Ni10 ધરાવતી બે અલગ અલગ સિસ્ટમોનો ઉપયોગ પ્રતિનિધિ ઉદાહરણો તરીકે કરવામાં આવશે. MA પ્રક્રિયાને ત્રણ અલગ અલગ તબક્કામાં વિભાજિત કરી શકાય છે, જેમ કે ગ્રાઇન્ડીંગ સ્ટેજ દરમિયાન ઉત્પાદિત પાવડરના મેટલોગ્રાફિક લાક્ષણિકતા દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું છે (આકૃતિ 3).
બોલ મિલિંગ સમયના વિવિધ તબક્કાઓ પછી મેળવેલા યાંત્રિક એલોય (MA) પાવડરની મેટાલોગ્રાફિક લાક્ષણિકતાઓ. 3, 12 અને 50 કલાકના ઓછી ઉર્જાવાળા બોલ મિલિંગ સમય પછી મેળવેલા MA અને Cu50Zr40Ni10 પાવડરની ફિલ્ડ એમિશન સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (FE-SEM) છબીઓ Cu50Zr20Ni30 સિસ્ટમ માટે (a), (c) અને (e) માં બતાવવામાં આવી છે, જ્યારે તે જ MA માં સમય પછી લેવામાં આવેલી Cu50Zr40Ni10 સિસ્ટમની અનુરૂપ છબીઓ (b), (d) અને (f) માં બતાવવામાં આવી છે.
બોલ મિલિંગ દરમિયાન, મેટલ પાવડરમાં ટ્રાન્સફર કરી શકાય તેવી અસરકારક ગતિ ઊર્જા આકૃતિ 1a માં બતાવ્યા પ્રમાણે પરિમાણોના સંયોજનથી પ્રભાવિત થાય છે. આમાં બોલ અને પાવડર વચ્ચે અથડામણ, ગ્રાઇન્ડીંગ મીડિયા વચ્ચે અથવા વચ્ચે અટવાયેલા પાવડરનું સંકુચિત શીયરિંગ, પડવાના બોલનો પ્રભાવ, ગતિશીલ બોલ મિલિંગ મીડિયા વચ્ચે પાવડર ખેંચાણને કારણે શીયર અને ઘસારો અને પાકના ભાર દ્વારા ફેલાયેલા ફોલિંગ બોલમાંથી પસાર થતા શોક વેવનો સમાવેશ થાય છે (આકૃતિ 1a). MA (3 h) ના પ્રારંભિક તબક્કામાં ઠંડા વેલ્ડીંગને કારણે એલિમેન્ટલ Cu, Zr, અને Ni પાવડર ગંભીર રીતે વિકૃત થઈ ગયા હતા, જેના પરિણામે મોટા પાવડર કણો (>1 મીમી વ્યાસ) બન્યા હતા. આ મોટા સંયુક્ત કણો આકૃતિ 3a,b માં બતાવ્યા પ્રમાણે એલોયિંગ તત્વો (Cu, Zr, Ni) ના જાડા સ્તરોની રચના દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. MA સમયને 12 h (મધ્યવર્તી તબક્કો) સુધી વધારવાથી બોલ મિલની ગતિ ઊર્જામાં વધારો થયો, પરિણામે સંયુક્ત પાવડરનું વિઘટન ફાઇનર પાવડર (200 µm કરતા ઓછું) માં થયું, જેમ કે આકૃતિ 3c,d માં બતાવ્યા પ્રમાણે. આ સમયે તબક્કામાં, લાગુ શીયર ફોર્સ આકૃતિ 3c,d માં બતાવ્યા પ્રમાણે, બારીક Cu, Zr, Ni હિન્ટ સ્તરો સાથે નવી ધાતુની સપાટીની રચના તરફ દોરી જાય છે. સ્તર શુદ્ધિકરણના પરિણામે, નવા તબક્કાઓ ઉત્પન્ન કરવા માટે ફ્લેક્સના ઇન્ટરફેસ પર ઘન તબક્કા પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે.
MA પ્રક્રિયાના પરાકાષ્ઠા પર (50 કલાક પછી), ફ્લેકી મેટલોગ્રાફી ફક્ત આછું જ દેખાતું હતું (આકૃતિ 3e,f), પરંતુ પાવડરની પોલિશ્ડ સપાટી પર મિરર મેટલોગ્રાફી દેખાતી હતી. આનો અર્થ એ છે કે MA પ્રક્રિયા પૂર્ણ થઈ ગઈ છે અને એક જ પ્રતિક્રિયા તબક્કાનું નિર્માણ થયું છે. આકૃતિ 3e (I, II, III), f, v, vi) માં અનુક્રમિત પ્રદેશોની મૂળભૂત રચના ઊર્જા વિખેરી નાખતી એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (EDS) (IV) સાથે જોડાયેલી ક્ષેત્ર ઉત્સર્જન સ્કેનીંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (FE-SEM) નો ઉપયોગ કરીને નક્કી કરવામાં આવી હતી.
કોષ્ટક 2 માં, એલોયિંગ તત્વોની મૂળભૂત સાંદ્રતા આકૃતિ 3e,f માં પસંદ કરેલા દરેક પ્રદેશના કુલ વજનના ટકાવારી તરીકે દર્શાવવામાં આવી છે. કોષ્ટક 1 માં સૂચિબદ્ધ Cu50Zr20Ni30 અને Cu50Zr40Ni10 ની પ્રારંભિક નામાંકિત રચનાઓ સાથે આ પરિણામોની તુલના કરતી વખતે, તે જોઈ શકાય છે કે આ બે અંતિમ ઉત્પાદનોની રચનાઓ નામાંકિત રચનાઓ સાથે ખૂબ સમાન મૂલ્યો ધરાવે છે. વધુમાં, આકૃતિ 3e,f માં સૂચિબદ્ધ પ્રદેશો માટે સંબંધિત ઘટક મૂલ્યો દરેક નમૂનાની રચનામાં એક પ્રદેશથી બીજા પ્રદેશમાં નોંધપાત્ર બગાડ અથવા વધઘટ સૂચવતા નથી. આ હકીકત દ્વારા પુરાવા મળે છે કે એક પ્રદેશથી બીજા પ્રદેશમાં રચનામાં કોઈ ફેરફાર થતો નથી. આ કોષ્ટક 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, સજાતીય એલોય પાવડરના ઉત્પાદન તરફ નિર્દેશ કરે છે.
આકૃતિ 4a–d માં બતાવ્યા પ્રમાણે, અંતિમ ઉત્પાદન Cu50(Zr50−xNix) પાવડરના FE-SEM માઇક્રોગ્રાફ્સ 50 MA વખત પછી મેળવવામાં આવ્યા હતા, જ્યાં x અનુક્રમે 10, 20, 30 અને 40 at.% છે. આ મિલિંગ સ્ટેપ પછી, વાન ડેર વાલ્સ અસરને કારણે પાવડર એકત્ર થાય છે, જેના પરિણામે આકૃતિ 4 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, 73 થી 126 nm વ્યાસવાળા અતિ સૂક્ષ્મ કણો ધરાવતા મોટા એકત્રીકરણની રચના થાય છે.
50 કલાકના MA સમય પછી મેળવેલા Cu50(Zr50−xNix) પાવડરની મોર્ફોલોજિકલ લાક્ષણિકતાઓ. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 સિસ્ટમો માટે, 50 MA સમય પછી મેળવેલા પાવડરની FE-SEM છબીઓ અનુક્રમે (a), (b), (c) અને (d) માં બતાવવામાં આવી છે.
પાઉડરને કોલ્ડ સ્પ્રે ફીડરમાં લોડ કરતા પહેલા, તેમને પહેલા વિશ્લેષણાત્મક ગ્રેડ ઇથેનોલમાં 15 મિનિટ માટે સોનિકેટેડ કરવામાં આવ્યા હતા અને પછી 150°C પર 2 કલાક માટે સૂકવવામાં આવ્યા હતા. કોટિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઘણી વખત ઘણી મહત્વપૂર્ણ સમસ્યાઓનું કારણ બને છે તે સમૂહનો સફળતાપૂર્વક સામનો કરવા માટે આ પગલું ભરવું આવશ્યક છે. MA પ્રક્રિયા પૂર્ણ થયા પછી, એલોય પાવડરની એકરૂપતાની તપાસ કરવા માટે વધુ લાક્ષણિકતાઓ હાથ ધરવામાં આવી હતી. આકૃતિ 5a–d અનુક્રમે 50 કલાક M સમય પછી મેળવેલા Cu50Zr30Ni20 એલોયના Cu, Zr અને Ni એલોયિંગ તત્વોના FE-SEM માઇક્રોગ્રાફ્સ અને અનુરૂપ EDS છબીઓ દર્શાવે છે. એ નોંધવું જોઈએ કે આ પગલા પછી ઉત્પાદિત એલોય પાવડર એકરૂપ છે કારણ કે તેઓ આકૃતિ 5 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, સબ-નેનોમીટર સ્તરથી આગળ કોઈપણ રચનાત્મક વધઘટ દર્શાવતા નથી.
FE-SEM/ઊર્જા વિખેરી નાખનાર એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (EDS) દ્વારા 50 MA વખત પછી મેળવેલ MG Cu50Zr30Ni20 પાવડરનું મોર્ફોલોજી અને સ્થાનિક તત્વ વિતરણ. (a) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα અને (d) Ni-Kα છબીઓનું SEM અને એક્સ-રે EDS મેપિંગ.
50 કલાકના MA સમય પછી મેળવેલા યાંત્રિક રીતે મિશ્રિત Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 અને Cu50Zr20Ni30 પાવડરના XRD પેટર્ન અનુક્રમે આકૃતિ 6a–d માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. મિલિંગના આ તબક્કા પછી, વિવિધ Zr સાંદ્રતાવાળા બધા નમૂનાઓ આકૃતિ 6 માં દર્શાવેલ લાક્ષણિક પ્રભામંડળ પ્રસરણ પેટર્ન સાથે આકારહીન રચનાઓ દર્શાવે છે.
50 કલાકના MA સમય પછી (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 અને (d) Cu50Zr20Ni30 પાવડરના XRD પેટર્ન. અપવાદ વિના બધા નમૂનાઓમાં પ્રભામંડળ પ્રસરણ પેટર્ન જોવા મળી, જે આકારહીન તબક્કાની રચના સૂચવે છે.
ફિલ્ડ એમિશન હાઇ-રિઝોલ્યુશન ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (FE-HRTEM) નો ઉપયોગ માળખાકીય ફેરફારોનું અવલોકન કરવા અને વિવિધ MA સમયે બોલ મિલિંગથી થતા પાવડરની સ્થાનિક રચનાને સમજવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો. Cu50Zr30Ni20 અને Cu50Zr40Ni10 પાવડર માટે મિલિંગના પ્રારંભિક (6 કલાક) અને મધ્યવર્તી (18 કલાક) તબક્કા પછી મેળવેલા પાવડરની FE-HRTEM છબીઓ અનુક્રમે આકૃતિ 7a,c માં બતાવવામાં આવી છે. MA​6 કલાક પછી ઉત્પાદિત પાવડરની તેજસ્વી ક્ષેત્ર છબી (BFI) અનુસાર, પાવડર fcc-Cu, hcp-Zr અને fcc-Ni તત્વોની સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત સીમાઓ સાથે મોટા અનાજથી બનેલો છે, અને પ્રતિક્રિયા તબક્કો રચાયો છે તેવું કોઈ સંકેત નથી, જેમ કે આકૃતિ 7a માં બતાવ્યા પ્રમાણે. વધુમાં, (a) ના મધ્ય પ્રદેશમાંથી લેવામાં આવેલ સહસંબંધિત પસંદ કરેલ ક્ષેત્ર વિવર્તન પેટર્ન (SADP) એ cusp વિવર્તન પેટર્ન (આકૃતિ 7b) જાહેર કર્યું, જે મોટા સ્ફટિકોની હાજરી અને પ્રતિક્રિયાશીલ તબક્કાની ગેરહાજરી દર્શાવે છે.
પ્રારંભિક (6 કલાક) અને મધ્યવર્તી (18 કલાક) તબક્કા પછી મેળવેલા MA પાવડરનું સ્થાનિક માળખાકીય લાક્ષણિકતા. (a) ક્ષેત્ર ઉત્સર્જન ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (FE-HRTEM), અને (b) 6 કલાક માટે MA સારવાર પછી Cu50Zr30Ni20 પાવડરનું અનુરૂપ પસંદ કરેલ ક્ષેત્ર વિવર્તન પેટર્ન (SADP). 18 કલાકના MA સમય પછી મેળવેલા Cu50Zr40Ni10 ની FE-HRTEM છબી (c) માં બતાવવામાં આવી છે.
આકૃતિ 7c માં બતાવ્યા પ્રમાણે, MA સમયગાળો 18 કલાક સુધી લંબાવવાથી પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ સાથે ગંભીર જાળી ખામીઓ જોવા મળી. MA પ્રક્રિયાના આ મધ્યવર્તી તબક્કા દરમિયાન, પાવડર વિવિધ ખામીઓ દર્શાવે છે, જેમાં સ્ટેકીંગ ખામીઓ, જાળી ખામીઓ અને બિંદુ ખામીઓ (આકૃતિ 7)નો સમાવેશ થાય છે. આ ખામીઓ મોટા અનાજને તેમની અનાજની સીમાઓ સાથે 20 nm કરતા ઓછા કદના સબગ્રેનમાં વિભાજીત કરે છે (આકૃતિ 7c).
36 કલાક MA સમય માટે મિલ્ડ કરાયેલા Cu50Z30Ni20 પાવડરની સ્થાનિક રચનામાં આકારહીન ફાઇન મેટ્રિક્સમાં જડિત અલ્ટ્રાફાઇન નેનોગ્રેન્સનું નિર્માણ છે, જેમ કે આકૃતિ 8a માં બતાવ્યા પ્રમાણે. સ્થાનિક EDS વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે આકૃતિ 8a માં બતાવેલ તે નેનોક્લસ્ટર્સ બિન-પ્રક્રિયા કરાયેલ Cu, Zr અને Ni પાવડર એલોયિંગ તત્વો સાથે સંકળાયેલા હતા. તે જ સમયે, મેટ્રિક્સની Cu સામગ્રી ~32 at.% (લીન એરિયા) થી ~74 at.% (સમૃદ્ધ વિસ્તાર) સુધી વધઘટ થઈ, જે વિજાતીય ઉત્પાદનોની રચના સૂચવે છે. વધુમાં, આ તબક્કે મિલિંગ પછી મેળવેલા પાવડરના અનુરૂપ SADPs આકારહીન તબક્કાના પ્રભામંડળ-વિખરાયેલા પ્રાથમિક અને ગૌણ રિંગ્સ દર્શાવે છે, જે આકૃતિ 8b માં બતાવ્યા પ્રમાણે તે કાચા એલોયિંગ તત્વો સાથે સંકળાયેલા તીક્ષ્ણ બિંદુઓ સાથે ઓવરલેપ થાય છે.
36 h-Cu50Zr30Ni20 પાવડર નેનોસ્કેલથી આગળ સ્થાનિક માળખાકીય સુવિધાઓ. (a) તેજસ્વી ક્ષેત્ર છબી (BFI) અને અનુરૂપ (b) 36 કલાક MA સમય માટે મિલિંગ પછી મેળવેલ Cu50Zr30Ni20 પાવડરનો SADP.
MA પ્રક્રિયાના અંતની નજીક (50 h), Cu50(Zr50−xNix), X; 10, 20, 30 અને 40 at.% પાવડરમાં આકૃતિ 9a–d માં બતાવ્યા પ્રમાણે હંમેશા ભુલભુલામણી આકારહીન તબક્કાનું આકારવિજ્ઞાન હોય છે. દરેક રચનાના અનુરૂપ SADP માં, ન તો બિંદુ જેવા વિવર્તન કે તીક્ષ્ણ વલયાકાર પેટર્ન શોધી શકાયા. આ સૂચવે છે કે કોઈ પ્રક્રિયા ન કરાયેલ સ્ફટિકીય ધાતુ હાજર નથી, પરંતુ એક આકારહીન એલોય પાવડર રચાય છે. પ્રભામંડળ પ્રસરણ પેટર્ન દર્શાવતા આ સહસંબંધિત SADP નો ઉપયોગ અંતિમ ઉત્પાદન સામગ્રીમાં આકારહીન તબક્કાઓના વિકાસ માટે પુરાવા તરીકે પણ કરવામાં આવ્યો હતો.
MG Cu50 (Zr50−xNix) સિસ્ટમના અંતિમ ઉત્પાદનનું સ્થાનિક માળખું. FE-HRTEM અને (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 અને (d) Cu50Zr10Ni40 ના સહસંબંધિત નેનોબીમ વિવર્તન પેટર્ન (NBDP) 50 કલાક MA પછી મેળવેલ.
આકારહીન Cu50(Zr50−xNix) સિસ્ટમના Ni સામગ્રી (x) ના કાર્ય તરીકે કાચ સંક્રમણ તાપમાન (Tg), સબકૂલ્ડ પ્રવાહી ક્ષેત્ર (ΔTx) અને સ્ફટિકીકરણ તાપમાન (Tx) ની થર્મલ સ્થિરતા He ગેસ પ્રવાહ હેઠળ ગુણધર્મોના ડિફરન્શિયલ સ્કેનિંગ કેલરીમેટ્રી (DSC) નો ઉપયોગ કરીને તપાસવામાં આવી છે. 50 કલાકના MA સમય પછી મેળવેલા Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 અને Cu50Zr10Ni40 આકારહીન એલોય પાવડરના DSC ટ્રેસ અનુક્રમે આકૃતિ 10a, b, e માં બતાવવામાં આવ્યા છે. જ્યારે આકારહીન Cu50Zr20Ni30 નો DSC વળાંક આકૃતિ 10c માં અલગથી બતાવવામાં આવ્યો છે. દરમિયાન, DSC માં ~700 °C સુધી ગરમ કરાયેલ Cu50Zr30Ni20 નમૂના આકૃતિ 10d માં બતાવવામાં આવ્યો છે.
કાચ સંક્રમણ તાપમાન (Tg), સ્ફટિકીકરણ તાપમાન (Tx), અને સબકૂલ્ડ પ્રવાહી ક્ષેત્ર (ΔTx) દ્વારા અનુક્રમિત, 50 કલાકના MA સમય પછી મેળવેલા Cu50(Zr50−xNix) MG પાવડરની થર્મલ સ્થિરતા. 50 કલાકના MA સમય પછી (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 અને (e) Cu50Zr10Ni40 MG એલોય પાવડરના ડિફરન્શિયલ સ્કેનીંગ કેલરીમીટર (DSC) થર્મોગ્રામ. DSC માં ~700 °C સુધી ગરમ કરાયેલ Cu50Zr30Ni20 નમૂનાનો એક્સ-રે વિવર્તન (XRD) પેટર્ન (d) માં બતાવવામાં આવ્યો છે.
આકૃતિ 10 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, વિવિધ Ni સાંદ્રતા (x) ધરાવતા તમામ રચનાઓના DSC વણાંકો બે અલગ અલગ કિસ્સાઓ દર્શાવે છે, એક એન્ડોથર્મિક અને બીજો એક્ઝોથર્મિક. પ્રથમ એન્ડોથર્મિક ઘટના Tg ને અનુરૂપ છે, જ્યારે બીજી Tx સાથે સંબંધિત છે. Tg અને Tx વચ્ચે અસ્તિત્વમાં રહેલા આડા સ્પાન પ્રદેશને સબકૂલ્ડ લિક્વિડ પ્રદેશ (ΔTx = Tx – Tg) કહેવામાં આવે છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે Cu50Zr40Ni10 નમૂના (આકૃતિ 10a) ના Tg અને Tx, 526°C અને 612°C પર મૂકવામાં આવે છે, જે અનુક્રમે Ni સામગ્રી (x) વધતા અનુક્રમે 482°C અને 563°C ના નીચા તાપમાન બાજુ તરફ સામગ્રી (x) ને 20 at.% પર ખસેડે છે. પરિણામે, Cu50Zr40Ni10 નો ΔTx 86°C (આકૃતિ 10a) થી ઘટીને 81°C થાય છે. Cu50Zr30Ni20 (આકૃતિ 10b). MG Cu50Zr40Ni10 એલોય માટે, એવું પણ જોવા મળ્યું કે Tg, Tx અને ΔTx ના મૂલ્યો 447°C, 526°C અને 79°C (આકૃતિ 10b) ના સ્તર સુધી ઘટી ગયા. આ સૂચવે છે કે Ni સામગ્રીમાં વધારો MG એલોયની થર્મલ સ્થિરતામાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે. તેનાથી વિપરીત, MG Cu50Zr20Ni30 એલોયનું Tg મૂલ્ય (507 °C) MG Cu50Zr40Ni10 એલોય કરતા ઓછું છે; તેમ છતાં, તેનું Tx પહેલાના (612 °C) સાથે તુલનાત્મક મૂલ્ય દર્શાવે છે. તેથી, ΔTx ઉચ્ચ મૂલ્ય (87°C) દર્શાવે છે, જેમ કે આકૃતિ 10c માં બતાવ્યા પ્રમાણે.
MG Cu50(Zr50−xNix) સિસ્ટમ, MG Cu50Zr20Ni30 એલોયને ઉદાહરણ તરીકે લેતી વખતે, fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10 અને orthorhombic-ZrNi (આકૃતિ 10c) ના સ્ફટિકીય તબક્કાઓમાં તીવ્ર એક્ઝોથર્મિક શિખર દ્વારા સ્ફટિકીકરણ કરે છે. આ આકારહીનથી સ્ફટિકીય તબક્કા સંક્રમણ MG નમૂના (આકૃતિ 10d) ના XRD દ્વારા પુષ્ટિ મળી હતી, જેને DSC માં 700 °C સુધી ગરમ કરવામાં આવ્યું હતું.
આકૃતિ 11 વર્તમાન કાર્યમાં હાથ ધરવામાં આવેલી કોલ્ડ સ્પ્રે પ્રક્રિયા દરમિયાન લેવામાં આવેલા ફોટોગ્રાફ્સ દર્શાવે છે. આ અભ્યાસમાં, 50 કલાકના MA સમય પછી સંશ્લેષિત ધાતુના કાચ જેવા પાવડર કણોનો ઉપયોગ એન્ટીબેક્ટેરિયલ કાચા માલ તરીકે કરવામાં આવ્યો હતો (ઉદાહરણ તરીકે Cu50Zr20Ni30 લેતા) અને સ્ટેનલેસ સ્ટીલ પ્લેટ (SUS304) ને કોલ્ડ સ્પ્રેઇંગ ટેકનોલોજી દ્વારા કોટ કરવામાં આવી હતી. થર્મલ સ્પ્રે ટેકનોલોજી શ્રેણીમાં કોટિંગ માટે કોલ્ડ સ્પ્રે પદ્ધતિ પસંદ કરવામાં આવી હતી કારણ કે તે થર્મલ સ્પ્રે શ્રેણીમાં સૌથી કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ છે અને તેનો ઉપયોગ મેટલ મેટાસ્ટેબલ તાપમાન સંવેદનશીલ સામગ્રી જેમ કે આકારહીન અને નેનોક્રિસ્ટલાઇન પાવડર માટે થઈ શકે છે, જે તબક્કા સંક્રમણોને આધીન નથી. આ પદ્ધતિ પસંદ કરવામાં આ મુખ્ય પરિબળ છે. કોલ્ડ સ્પ્રે પ્રક્રિયા ઉચ્ચ-વેગ કણોનો ઉપયોગ કરીને હાથ ધરવામાં આવે છે જે કણોની ગતિ ઊર્જાને સબસ્ટ્રેટ અથવા અગાઉ જમા થયેલા કણો સાથે અસર પર પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ, તાણ અને ગરમીમાં રૂપાંતરિત કરે છે.
ક્ષેત્રના ફોટા 550 °C પર MG કોટિંગ/SUS 304 ની સતત પાંચ તૈયારીઓ માટે ઉપયોગમાં લેવાતી ઠંડા સ્પ્રે પ્રક્રિયા દર્શાવે છે.
કણોની ગતિ ઊર્જા, અને આમ કોટિંગ રચનામાં દરેક કણનો વેગ, પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ (સબસ્ટ્રેટમાં પ્રારંભિક કણ અને કણ-કણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અને કણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ), ખાલી જગ્યાઓ એકત્રીકરણ, કણ-કણ પરિભ્રમણ, તાણ અને આખરે ગરમી 39 જેવા મિકેનિઝમ્સ દ્વારા ઊર્જાના અન્ય સ્વરૂપોમાં રૂપાંતરિત થવો જોઈએ. વધુમાં, જો બધી આવનારી ગતિ ઊર્જા ગરમી અને તાણ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત ન થાય, તો પરિણામ એક સ્થિતિસ્થાપક અથડામણ છે, જેનો અર્થ છે કે કણો ફક્ત અસર પછી પાછા ઉછળે છે. એવું નિર્દેશ કરવામાં આવ્યું છે કે કણ/સબસ્ટ્રેટ સામગ્રી પર લાગુ થતી અસર ઊર્જાનો 90% સ્થાનિક ગરમી 40 માં રૂપાંતરિત થાય છે. વધુમાં, જ્યારે અસર તાણ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સંપર્ક કણ/સબસ્ટ્રેટ ક્ષેત્રમાં ઉચ્ચ પ્લાસ્ટિક તાણ દર ખૂબ જ ટૂંકા સમયમાં પ્રાપ્ત થાય છે41,42.
પ્લાસ્ટિક વિકૃતિને સામાન્ય રીતે ઉર્જા વિસર્જનની પ્રક્રિયા માનવામાં આવે છે, અથવા વધુ સ્પષ્ટ રીતે, ઇન્ટરફેસિયલ પ્રદેશમાં ગરમીનો સ્ત્રોત માનવામાં આવે છે. જો કે, ઇન્ટરફેસિયલ પ્રદેશમાં તાપમાનમાં વધારો સામાન્ય રીતે ઇન્ટરફેસિયલ ગલન ઉત્પન્ન કરવા અથવા અણુ ઇન્ટરડિફ્યુઝનને નોંધપાત્ર રીતે પ્રોત્સાહન આપવા માટે પૂરતો નથી. લેખકોને જાણીતું કોઈ પ્રકાશન આ ધાતુના કાચ જેવા પાવડરના ગુણધર્મોની પાવડર સંલગ્નતા અને નિક્ષેપ પર અસરની તપાસ કરતું નથી જે કોલ્ડ સ્પ્રે પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરતી વખતે થાય છે.
MG Cu50Zr20Ni30 એલોય પાવડરનો BFI આકૃતિ 12a માં જોઈ શકાય છે, જે SUS 304 સબસ્ટ્રેટ (આકૃતિ 11, 12b) પર કોટેડ હતો. આકૃતિ પરથી જોઈ શકાય છે તેમ, કોટેડ પાવડર તેમની મૂળ આકારહીન રચના જાળવી રાખે છે કારણ કે તેમની પાસે કોઈપણ સ્ફટિકીય લક્ષણો અથવા જાળી ખામીઓ વિના નાજુક ભુલભુલામણી રચના છે. બીજી બાજુ, છબી બાહ્ય તબક્કાની હાજરી સૂચવે છે, જેમ કે MG-કોટેડ પાવડર મેટ્રિક્સ (આકૃતિ 12a) માં સમાવિષ્ટ નેનોપાર્ટિકલ્સ દ્વારા સૂચવવામાં આવ્યું છે. આકૃતિ 12c પ્રદેશ I (આકૃતિ 12a) સાથે સંકળાયેલ અનુક્રમિત નેનોબીમ વિવર્તન પેટર્ન (NBDP) દર્શાવે છે. આકૃતિ 12c માં બતાવ્યા પ્રમાણે, NBDP આકારહીન રચનાનો નબળો પ્રભામંડળ પ્રસાર પેટર્ન દર્શાવે છે અને સ્ફટિકીય મોટા ઘન Zr2Ni મેટાસ્ટેબલ વત્તા ટેટ્રાગોનલ CuO તબક્કાને અનુરૂપ તીક્ષ્ણ પેચ સાથે સહઅસ્તિત્વ ધરાવે છે. સ્પ્રે ગનના નોઝલથી SUS 304 સુધી મુસાફરી કરતી વખતે પાવડરના ઓક્સિડેશનને કારણે CuO ની રચના થઈ શકે છે. સુપરસોનિક પ્રવાહ હેઠળ ખુલ્લી હવામાં. બીજી બાજુ, ધાતુના કાચ જેવા પાવડરના વિચલનથી 30 મિનિટ માટે 550 °C પર ઠંડા સ્પ્રે ટ્રીટમેન્ટ પછી મોટા ઘન તબક્કાઓનું નિર્માણ પ્રાપ્ત થયું.
(a) (b) SUS 304 સબસ્ટ્રેટ (આકૃતિનો ઇનસેટ) પર કોટેડ MG પાવડરની FE-HRTEM છબી. (a) માં બતાવેલ ગોળાકાર પ્રતીકનો ઇન્ડેક્સ NBDP (c) માં બતાવેલ છે.
મોટા ઘન Zr2Ni નેનોપાર્ટિકલ્સની રચના માટે આ સંભવિત પદ્ધતિને ચકાસવા માટે, એક સ્વતંત્ર પ્રયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. આ પ્રયોગમાં, પાવડરને સ્પ્રે ગનમાંથી 550 °C પર SUS 304 સબસ્ટ્રેટની દિશામાં છાંટવામાં આવ્યા હતા; જોકે, પાવડરની એનિલિંગ અસરને સ્પષ્ટ કરવા માટે, તેમને SUS304 સ્ટ્રીપમાંથી શક્ય તેટલી ઝડપથી (લગભગ 60 સેકન્ડ) દૂર કરવામાં આવ્યા હતા. પ્રયોગોનો બીજો સમૂહ હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો જેમાં પાવડરને જમા થયાના લગભગ 180 સેકન્ડ પછી સબસ્ટ્રેટમાંથી દૂર કરવામાં આવ્યો હતો.
આકૃતિઓ ૧૩a,b અનુક્રમે ૬૦ સેકન્ડ અને ૧૮૦ સેકન્ડ માટે SUS ૩૦૪ સબસ્ટ્રેટ પર જમા કરાયેલા બે સ્પ્રે કરેલા પદાર્થોના ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (STEM) સ્કેન કરીને મેળવેલી ડાર્ક ફિલ્ડ ઇમેજ (DFI) દર્શાવે છે. ૬૦ સેકન્ડ માટે જમા કરાયેલા પાવડર ઇમેજમાં કોઈ મોર્ફોલોજિકલ વિગતો નથી, જે લક્ષણહીનતા દર્શાવે છે (આકૃતિ ૧૩a). XRD દ્વારા પણ આની પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી, જે દર્શાવે છે કે આ પાવડરનું સામાન્ય માળખું આકારહીન હતું, જેમ કે આકૃતિ ૧૪a માં દર્શાવેલ વ્યાપક પ્રાથમિક અને ગૌણ વિવર્તન મેક્સિમા દ્વારા સૂચવવામાં આવ્યું છે. આ મેટાસ્ટેબલ/મેસોફેસ વરસાદની ગેરહાજરી દર્શાવે છે, જ્યાં પાવડર તેની મૂળ આકારહીન રચના જાળવી રાખે છે. તેનાથી વિપરીત, સમાન તાપમાન (૫૫૦ °C) પર છાંટવામાં આવેલ પાવડર, પરંતુ ૧૮૦ સેકન્ડ માટે સબસ્ટ્રેટ પર છોડી દેવામાં આવ્યો, જે નેનો-કદના અનાજનો વરસાદ દર્શાવે છે, જેમ કે આકૃતિ ૧૩b માં તીરો દ્વારા સૂચવવામાં આવ્યું છે.