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बायोफिल्म्स क्रोनिक संक्रमण के विकास में एक महत्वपूर्ण घटक हैं, खासकर जब बात मेडिकल डिवाइस की हो। यह समस्या मेडिकल समुदाय के लिए एक बड़ी चुनौती पेश करती है, क्योंकि मानक एंटीबायोटिक्स केवल बहुत सीमित सीमा तक ही बायोफिल्म को नष्ट कर सकते हैं। बायोफिल्म निर्माण की रोकथाम ने विभिन्न कोटिंग विधियों और नई सामग्रियों के विकास को जन्म दिया है। इन तकनीकों का उद्देश्य सतहों को इस तरह से कोट करना है जो बायोफिल्म निर्माण को रोकता है। कांच के धातु मिश्र धातु, विशेष रूप से तांबा और टाइटेनियम धातु युक्त, आदर्श रोगाणुरोधी कोटिंग्स बन गए हैं। साथ ही, कोल्ड स्प्रे तकनीक का उपयोग बढ़ गया है क्योंकि यह तापमान संवेदनशील सामग्रियों के प्रसंस्करण के लिए एक उपयुक्त विधि है। इस शोध के लक्ष्य का एक हिस्सा यांत्रिक मिश्र धातु तकनीकों का उपयोग करके Cu-Zr-Ni त्रिक से बना एक नया जीवाणुरोधी फिल्म धातु ग्लास विकसित करना था। अंतिम उत्पाद बनाने वाले गोलाकार पाउडर का उपयोग कम तापमान पर स्टेनलेस स्टील सतहों के ठंडे छिड़काव के लिए कच्चे माल के रूप में किया जाता है। स्टेनलेस स्टील की तुलना में मेटल ग्लास कोटेड सब्सट्रेट कम से कम 1 लॉग तक बायोफिल्म निर्माण को कम करने में सक्षम थे।
पूरे मानव इतिहास में, कोई भी समाज अपनी विशिष्ट आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए नई सामग्रियों के परिचय को विकसित करने और बढ़ावा देने में सक्षम रहा है, जिसके परिणामस्वरूप वैश्विक अर्थव्यवस्था में उत्पादकता और रैंकिंग में वृद्धि हुई है1। इसका श्रेय हमेशा सामग्रियों और विनिर्माण उपकरणों को डिजाइन करने की मानवीय क्षमता को दिया जाता है, साथ ही एक देश या क्षेत्र से दूसरे देश में स्वास्थ्य, शिक्षा, उद्योग, अर्थशास्त्र, संस्कृति और अन्य क्षेत्रों को प्राप्त करने के लिए सामग्रियों के निर्माण और उनकी विशेषता के लिए डिजाइन भी किया जाता है। प्रगति को देश या क्षेत्र की परवाह किए बिना मापा जाता है2। 60 वर्षों से, सामग्री वैज्ञानिकों ने एक मुख्य कार्य के लिए बहुत समय समर्पित किया है: नई और उन्नत सामग्रियों की खोज। हाल के शोध ने मौजूदा सामग्रियों की गुणवत्ता और प्रदर्शन को बेहतर बनाने के साथ-साथ पूरी तरह से नए प्रकार की सामग्रियों को संश्लेषित करने और उनका आविष्कार करने पर ध्यान केंद्रित किया है।
मिश्रधातु तत्वों को जोड़ने, सामग्री की सूक्ष्म संरचना में संशोधन और थर्मल, मैकेनिकल या थर्मोमेकेनिकल उपचार विधियों के अनुप्रयोग ने विभिन्न सामग्रियों के यांत्रिक, रासायनिक और भौतिक गुणों में महत्वपूर्ण सुधार किया है। इसके अलावा, अब तक अज्ञात यौगिकों को सफलतापूर्वक संश्लेषित किया गया है। इन लगातार प्रयासों ने अभिनव सामग्रियों के एक नए परिवार को जन्म दिया है जिसे सामूहिक रूप से उन्नत सामग्री2 के रूप में जाना जाता है। नैनोक्रिस्टल, नैनोकण, नैनोट्यूब, क्वांटम डॉट्स, शून्य-आयामी, अनाकार धातु के गिलास और उच्च-एंट्रॉपी मिश्र धातु उन्नत सामग्रियों के कुछ उदाहरण हैं जो पिछली शताब्दी के मध्य से दुनिया में दिखाई दिए हैं। बेहतर गुणों वाले नए मिश्र धातुओं के निर्माण और विकास में, अंतिम उत्पाद और इसके उत्पादन के मध्यवर्ती चरणों में, असंतुलन की समस्या अक्सर जुड़ जाती है। नई विनिर्माण तकनीकों की शुरूआत के परिणामस्वरूप जो संतुलन से महत्वपूर्ण विचलन की अनुमति देते हैं, मेटास्टेबल मिश्र धातुओं का एक नया वर्ग, जिसे धातु के गिलास के रूप में जाना जाता है, की खोज की गई है।
1960 में कैलटेक में उनके काम ने धातु मिश्र धातुओं की अवधारणा में क्रांति ला दी जब उन्होंने प्रति सेकंड लगभग दस लाख डिग्री पर तरल पदार्थों को तेजी से ठोस बनाकर Au-25 at.% Si ग्लासी मिश्र धातुओं को संश्लेषित किया। 4 प्रोफेसर पॉल ड्यूव्स की खोज ने न केवल इतिहास धातु ग्लास (एमएस) की शुरुआत को चिह्नित किया, बल्कि लोगों को धातु मिश्र धातुओं के बारे में सोचने के तरीके में भी बदलाव किया। एमएस मिश्र धातुओं के संश्लेषण में सबसे पहले अग्रणी शोध के बाद से, लगभग सभी धातु ग्लास निम्नलिखित विधियों में से एक का उपयोग करके पूरी तरह से प्राप्त किए गए हैं: (i) पिघल या वाष्प का तेजी से जमाव, (ii) परमाणु जाली विकार, (iii) शुद्ध धातु तत्वों के बीच ठोस-अवस्था अनाकार
एमजी की पहचान क्रिस्टल से जुड़ी लंबी दूरी की परमाणु व्यवस्था की अनुपस्थिति से होती है, जो कि क्रिस्टल की एक परिभाषित विशेषता है। आधुनिक दुनिया में, धातु कांच के क्षेत्र में बहुत प्रगति हुई है। ये दिलचस्प गुणों वाली नई सामग्रियां हैं जो न केवल ठोस अवस्था भौतिकी के लिए बल्कि धातु विज्ञान, सतह रसायन विज्ञान, प्रौद्योगिकी, जीवविज्ञान और कई अन्य क्षेत्रों के लिए भी रुचिकर हैं। इस नए प्रकार की सामग्री के गुण कठोर धातुओं से अलग हैं, जो इसे विभिन्न क्षेत्रों में तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए एक दिलचस्प उम्मीदवार बनाता है। उनके पास कुछ महत्वपूर्ण गुण हैं: (i) उच्च यांत्रिक लचीलापन और उपज शक्ति, (ii) उच्च चुंबकीय पारगम्यता, (iii) कम निग्राहिता, (iv) असामान्य संक्षारण प्रतिरोध, (v) तापमान स्वतंत्रता। चालकता 6.7.
यांत्रिक मिश्रधातु (MA)1,8 एक अपेक्षाकृत नई विधि है, जिसे सबसे पहले 19839 में प्रो. के.के. कोक और उनके सहयोगियों द्वारा प्रस्तुत किया गया था। उन्होंने कमरे के तापमान के बहुत करीब परिवेश के तापमान पर शुद्ध तत्वों के मिश्रण को पीसकर अनाकार Ni60Nb40 पाउडर का उत्पादन किया। आम तौर पर, एमए प्रतिक्रिया एक रिएक्टर में अभिकारक पाउडर के प्रसार बंधन के बीच की जाती है, जो आमतौर पर स्टेनलेस स्टील से बना होता है, एक बॉल मिल में। 10 (चित्र 1 ए, बी)। तब से, इस यांत्रिक रूप से प्रेरित ठोस अवस्था प्रतिक्रिया विधि का उपयोग कम (चित्र 1 सी) और उच्च ऊर्जा बॉल मिलों और रॉड मिलों11,12,13,14,15,16 का उपयोग करके नए अनाकार/धात्विक ग्लास मिश्र धातु पाउडर तैयार करने के लिए किया गया है। विशेष रूप से, इस विधि का उपयोग Cu-Ta17 जैसे अमिश्रणीय सिस्टम के साथ-साथ Al-संक्रमण धातु (TM, Zr, Hf, Nb और Ta)18,19 और Fe-W20 सिस्टम जैसे उच्च गलनांक वाले मिश्रधातुओं को तैयार करने के लिए किया गया है। , जिसे पारंपरिक खाना पकाने के तरीकों का उपयोग करके प्राप्त नहीं किया जा सकता है। इसके अलावा, एमए को धातु ऑक्साइड, कार्बाइड, नाइट्राइड, हाइड्राइड, कार्बन नैनोट्यूब, नैनोडायमंड के नैनोक्रिस्टलाइन और नैनोकंपोजिट पाउडर कणों के औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन के लिए सबसे शक्तिशाली नैनोटेक्नोलॉजिकल उपकरणों में से एक माना जाता है, साथ ही टॉप-डाउन दृष्टिकोण का उपयोग करके व्यापक स्थिरीकरण भी किया जाता है। 1 और मेटास्टेबल चरण।
इस अध्ययन में Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 धातुई ग्लास कोटिंग तैयार करने के लिए उपयोग की जाने वाली निर्माण विधि को दर्शाने वाला योजनाबद्ध आरेख। (a) कम ऊर्जा बॉल मिलिंग विधि का उपयोग करके Ni x (x; 10, 20, 30, और 40 at.%) की विभिन्न सांद्रताओं के साथ MC मिश्र धातु पाउडर तैयार करना। (a) प्रारंभिक सामग्री को टूल स्टील बॉल के साथ टूल सिलेंडर में लोड किया जाता है और (b) He वायुमंडल से भरे ग्लोव बॉक्स में सील कर दिया जाता है। (c) पीसने के दौरान बॉल की गति को दर्शाने वाले पीसने वाले बर्तन का पारदर्शी मॉडल। 50 घंटे के बाद प्राप्त अंतिम पाउडर उत्पाद का उपयोग SUS 304 सब्सट्रेट (d) को कोल्ड स्प्रे कोट करने के लिए किया गया था।
जब थोक सामग्री सतहों (सब्सट्रेट) की बात आती है, तो सतह इंजीनियरिंग में सतहों (सब्सट्रेट) का डिज़ाइन और संशोधन शामिल होता है ताकि कुछ भौतिक, रासायनिक और तकनीकी गुण प्रदान किए जा सकें जो मूल थोक सामग्री में मौजूद नहीं हैं। सतह उपचार के माध्यम से प्रभावी रूप से सुधारे जा सकने वाले कुछ गुणों में घर्षण, ऑक्सीकरण और संक्षारण प्रतिरोध, घर्षण का गुणांक, जैव जड़ता, विद्युत गुण और थर्मल इन्सुलेशन शामिल हैं, बस कुछ नाम बताने के लिए। धातुकर्म, यांत्रिक या रासायनिक तरीकों से सतह की गुणवत्ता में सुधार किया जा सकता है। एक प्रसिद्ध प्रक्रिया के रूप में, कोटिंग को केवल सामग्री की एक या अधिक परतों के रूप में परिभाषित किया जाता है जो किसी अन्य सामग्री से बने थोक ऑब्जेक्ट (सब्सट्रेट) की सतह पर कृत्रिम रूप से लागू होती हैं। इस प्रकार, कोटिंग्स का उपयोग वांछित तकनीकी या सजावटी गुणों को प्राप्त करने के लिए किया जाता है, साथ ही साथ पर्यावरण के साथ अपेक्षित रासायनिक और भौतिक अंतःक्रियाओं से सामग्रियों की रक्षा के लिए भी किया जाता है।
उपयुक्त सुरक्षात्मक परतों को कुछ माइक्रोमीटर (10-20 माइक्रोमीटर से कम) से लेकर 30 माइक्रोमीटर से अधिक या यहां तक ​​कि कई मिलीमीटर मोटाई तक लगाने के लिए कई तरह की विधियों और तकनीकों का इस्तेमाल किया जा सकता है। सामान्य तौर पर, कोटिंग प्रक्रियाओं को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: (i) गीली कोटिंग विधियाँ, जिसमें इलेक्ट्रोप्लेटिंग, इलेक्ट्रोप्लेटिंग और हॉट डिप गैल्वनाइजिंग शामिल हैं, और (ii) सूखी कोटिंग विधियाँ, जिसमें सोल्डरिंग, हार्डफेसिंग, भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी), रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी), थर्मल स्प्रे तकनीक और हाल ही में कोल्ड स्प्रे तकनीक 24 (चित्र 1डी) शामिल हैं।
बायोफिल्म्स को सूक्ष्मजीव समुदाय के रूप में परिभाषित किया जाता है जो सतहों से अपरिवर्तनीय रूप से जुड़े होते हैं और स्व-निर्मित बाह्यकोशिकीय पॉलिमर (EPS) से घिरे होते हैं। सतही रूप से परिपक्व बायोफिल्म के निर्माण से खाद्य प्रसंस्करण, जल प्रणालियों और स्वास्थ्य सेवा सहित कई उद्योगों में महत्वपूर्ण नुकसान हो सकता है। मनुष्यों में, बायोफिल्म के निर्माण के साथ, सूक्ष्मजीव संक्रमण (एंटरोबैक्टीरिया और स्टैफिलोकोसी सहित) के 80% से अधिक मामलों का इलाज करना मुश्किल होता है। इसके अलावा, परिपक्व बायोफिल्म्स को प्लैंक्टोनिक जीवाणु कोशिकाओं की तुलना में एंटीबायोटिक उपचार के लिए 1000 गुना अधिक प्रतिरोधी बताया गया है, जिसे एक प्रमुख चिकित्सीय चुनौती माना जाता है। ऐतिहासिक रूप से, सामान्य कार्बनिक यौगिकों से प्राप्त रोगाणुरोधी सतह कोटिंग सामग्री का उपयोग किया गया है। हालाँकि ऐसी सामग्रियों में अक्सर मनुष्यों के लिए संभावित रूप से हानिकारक विषाक्त घटक होते हैं,25,26 इससे जीवाणु संचरण और सामग्री क्षरण से बचने में मदद मिल सकती है।
बायोफिल्म निर्माण के कारण एंटीबायोटिक उपचार के लिए व्यापक जीवाणु प्रतिरोध ने एक प्रभावी रोगाणुरोधी झिल्ली लेपित सतह विकसित करने की आवश्यकता को जन्म दिया है जिसे सुरक्षित रूप से लागू किया जा सकता है27। एक भौतिक या रासायनिक एंटी-चिपकने वाली सतह का विकास, जिससे जीवाणु कोशिकाएँ चिपक नहीं सकतीं और आसंजन के कारण बायोफिल्म नहीं बना सकतीं, इस प्रक्रिया में पहला दृष्टिकोण है27। दूसरी तकनीक ऐसी कोटिंग्स विकसित करना है जो रोगाणुरोधी रसायनों को ठीक उसी जगह पहुँचाती हैं जहाँ उनकी ज़रूरत होती है, अत्यधिक केंद्रित और अनुकूलित मात्रा में। यह ग्रैफीन/जर्मेनियम28, ब्लैक डायमंड29 और ZnO30-डोप्ड डायमंड-जैसे कार्बन कोटिंग्स जैसे अद्वितीय कोटिंग सामग्रियों के विकास के माध्यम से प्राप्त किया जाता है जो बैक्टीरिया के लिए प्रतिरोधी हैं, एक ऐसी तकनीक जो बायोफिल्म निर्माण के कारण विषाक्तता और प्रतिरोध के विकास को अधिकतम करती है। इसके अलावा, जीवाणु संदूषण के खिलाफ दीर्घकालिक सुरक्षा प्रदान करने वाले रोगाणुनाशक रसायनों वाले कोटिंग्स तेजी से लोकप्रिय हो रहे हैं। जबकि सभी तीन प्रक्रियाएँ लेपित सतहों पर रोगाणुरोधी गतिविधि को लागू करने में सक्षम हैं, प्रत्येक की अपनी सीमाएँ हैं जिन्हें अनुप्रयोग रणनीति विकसित करते समय विचार किया जाना चाहिए।
बाजार में मौजूद उत्पादों में जैविक रूप से सक्रिय अवयवों के लिए सुरक्षात्मक कोटिंग्स का विश्लेषण और परीक्षण करने के लिए समय की कमी के कारण बाधा उत्पन्न हो रही है। कंपनियों का दावा है कि उनके उत्पाद उपयोगकर्ताओं को वांछित कार्यात्मक पहलू प्रदान करेंगे, हालांकि, यह वर्तमान में बाजार में मौजूद उत्पादों की सफलता के लिए एक बाधा बन गया है। चांदी से प्राप्त यौगिकों का उपयोग वर्तमान में उपभोक्ताओं के लिए उपलब्ध अधिकांश रोगाणुरोधी दवाओं में किया जाता है। इन उत्पादों को उपयोगकर्ताओं को सूक्ष्म जीवों के संभावित हानिकारक संपर्क से बचाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। विलंबित रोगाणुरोधी प्रभाव और चांदी के यौगिकों की संबंधित विषाक्तता शोधकर्ताओं पर कम हानिकारक विकल्प विकसित करने का दबाव बढ़ाती है36,37। एक वैश्विक रोगाणुरोधी कोटिंग बनाना जो अंदर और बाहर दोनों काम करे, एक चुनौती बनी हुई है। इससे जुड़े स्वास्थ्य और सुरक्षा जोखिम भी हैं। मनुष्यों के लिए कम हानिकारक एक रोगाणुरोधी एजेंट की खोज करना और यह पता लगाना कि इसे लंबे समय तक शैल्फ लाइफ वाले कोटिंग सब्सट्रेट में कैसे शामिल किया जाए, एक बहुत ही वांछित लक्ष्य है38। नवीनतम रोगाणुरोधी और एंटीबायोफिल्म सामग्री सीधे संपर्क द्वारा या सक्रिय एजेंट के निकलने के बाद बैक्टीरिया को मारने के लिए डिज़ाइन की गई हैं। वे प्रारंभिक जीवाणु आसंजन को बाधित करके (सतह पर प्रोटीन परत के निर्माण को रोकने सहित) या कोशिका भित्ति में हस्तक्षेप करके बैक्टीरिया को मारकर ऐसा कर सकते हैं।
अनिवार्य रूप से, सतह कोटिंग सतह की विशेषताओं को बेहतर बनाने के लिए किसी घटक की सतह पर एक और परत लगाने की प्रक्रिया है। सतह कोटिंग का उद्देश्य किसी घटक के निकट-सतह क्षेत्र की सूक्ष्म संरचना और/या संरचना को बदलना है39। सतह कोटिंग विधियों को विभिन्न विधियों में विभाजित किया जा सकता है, जिन्हें चित्र 2a में संक्षेपित किया गया है। कोटिंग्स को बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली विधि के आधार पर थर्मल, रासायनिक, भौतिक और इलेक्ट्रोकेमिकल श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है।
(क) मुख्य सतह निर्माण तकनीकों को दर्शाने वाला एक इनसेट, और (ख) शीत स्प्रे विधि के चयनित फायदे और नुकसान।
कोल्ड स्प्रे तकनीक में पारंपरिक थर्मल स्प्रे तकनीक के साथ बहुत कुछ समान है। हालाँकि, कुछ प्रमुख मौलिक गुण भी हैं जो कोल्ड स्प्रे प्रक्रिया और कोल्ड स्प्रे सामग्री को विशेष रूप से अद्वितीय बनाते हैं। कोल्ड स्प्रे तकनीक अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है, लेकिन इसका भविष्य बहुत अच्छा है। कुछ मामलों में, कोल्ड स्प्रेइंग के अद्वितीय गुण पारंपरिक थर्मल स्प्रेइंग तकनीकों की सीमाओं को पार करते हुए बहुत लाभ प्रदान करते हैं। यह पारंपरिक थर्मल स्प्रे तकनीक की महत्वपूर्ण सीमाओं को पार करता है, जिसमें पाउडर को सब्सट्रेट पर जमा करने के लिए पिघलाया जाना चाहिए। जाहिर है, यह पारंपरिक कोटिंग प्रक्रिया नैनोक्रिस्टल, नैनोकणों, अनाकार और धातु के गिलास जैसे बहुत तापमान संवेदनशील सामग्रियों के लिए उपयुक्त नहीं है40, 41, 42। इसके अलावा, थर्मल स्प्रे कोटिंग सामग्री में हमेशा उच्च स्तर की छिद्रता और ऑक्साइड होते हैं। कोल्ड स्प्रे तकनीक में थर्मल स्प्रे तकनीक की तुलना में कई महत्वपूर्ण लाभ हैं, जैसे (i) सब्सट्रेट में न्यूनतम गर्मी इनपुट, (ii) सब्सट्रेट कोटिंग चुनने में लचीलापन, (iii) कोई चरण परिवर्तन और अनाज वृद्धि नहीं, (iv) उच्च चिपकने वाली ताकत1 .39 (चित्र 2 बी)। इसके अलावा, कोल्ड स्प्रे कोटिंग सामग्री में उच्च संक्षारण प्रतिरोध, उच्च शक्ति और कठोरता, उच्च विद्युत चालकता और उच्च घनत्व41 होता है। कोल्ड स्प्रे प्रक्रिया के लाभों के बावजूद, इस विधि में अभी भी कुछ कमियाँ हैं, जैसा कि चित्र 2बी में दिखाया गया है। Al2O3, TiO2, ZrO2, WC इत्यादि जैसे शुद्ध सिरेमिक पाउडर को कोटिंग करते समय, कोल्ड स्प्रे विधि का उपयोग नहीं किया जा सकता है। दूसरी ओर, सिरेमिक/धातु मिश्रित पाउडर को कोटिंग के लिए कच्चे माल के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। यही बात अन्य थर्मल स्प्रेइंग विधियों पर भी लागू होती है। कठिन सतहों और पाइप के अंदरूनी हिस्सों को स्प्रे करना अभी भी मुश्किल है।
यह देखते हुए कि वर्तमान कार्य कोटिंग्स के लिए प्रारंभिक सामग्री के रूप में धातुई कांच के पाउडर के उपयोग के लिए निर्देशित है, यह स्पष्ट है कि इस उद्देश्य के लिए पारंपरिक थर्मल स्प्रेइंग का उपयोग नहीं किया जा सकता है। यह इस तथ्य के कारण है कि धातुई कांच के पाउडर उच्च तापमान पर क्रिस्टलीकृत होते हैं1।
चिकित्सा और खाद्य उद्योगों में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश उपकरण शल्य चिकित्सा उपकरणों के उत्पादन के लिए 12 से 20 wt.% की क्रोमियम सामग्री के साथ ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील मिश्र धातु (SUS316 और SUS304) से बने होते हैं। यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि स्टील मिश्र धातुओं में मिश्र धातु तत्व के रूप में क्रोमियम धातु का उपयोग मानक स्टील मिश्र धातुओं के संक्षारण प्रतिरोध में काफी सुधार कर सकता है। स्टेनलेस स्टील मिश्र धातु, उनके उच्च संक्षारण प्रतिरोध के बावजूद, महत्वपूर्ण रोगाणुरोधी गुण नहीं रखते हैं38,39। यह उनके उच्च संक्षारण प्रतिरोध के विपरीत है। उसके बाद, संक्रमण और सूजन के विकास की भविष्यवाणी करना संभव है, जो मुख्य रूप से स्टेनलेस स्टील बायोमटेरियल की सतह पर बैक्टीरिया के आसंजन और उपनिवेशण के कारण होते हैं। बैक्टीरिया के आसंजन और बायोफिल्म निर्माण मार्गों से जुड़ी महत्वपूर्ण कठिनाइयों के कारण महत्वपूर्ण कठिनाइयाँ उत्पन्न हो सकती हैं, जिससे खराब स्वास्थ्य हो सकता है, जिसके कई परिणाम हो सकते हैं जो सीधे या अप्रत्यक्ष रूप से मानव स्वास्थ्य को प्रभावित कर सकते हैं।
यह अध्ययन कुवैत फाउंडेशन फॉर द एडवांसमेंट ऑफ साइंस (KFAS) द्वारा वित्तपोषित परियोजना का पहला चरण है, अनुबंध संख्या 2010-550401, जिसका उद्देश्य MA तकनीक (तालिका) का उपयोग करके धातुई ग्लासी Cu-Zr-Ni टर्नरी पाउडर के उत्पादन की व्यवहार्यता की जांच करना है। 1) SUS304 जीवाणुरोधी सतह संरक्षण फिल्म/कोटिंग के उत्पादन के लिए। जनवरी 2023 में शुरू होने वाली परियोजना का दूसरा चरण, गैल्वेनिक संक्षारण विशेषताओं और सिस्टम के यांत्रिक गुणों का विस्तार से अध्ययन करेगा। विभिन्न प्रकार के जीवाणुओं के लिए विस्तृत माइक्रोबायोलॉजिकल परीक्षण किए जाएंगे।
यह लेख रूपात्मक और संरचनात्मक विशेषताओं के आधार पर ग्लास बनाने की क्षमता (GFA) पर Zr मिश्र धातु सामग्री के प्रभाव पर चर्चा करता है। इसके अलावा, पाउडर कोटेड मेटल ग्लास/SUS304 कंपोजिट के जीवाणुरोधी गुणों पर भी चर्चा की गई। इसके अलावा, फैब्रिकेटेड मेटालिक ग्लास सिस्टम के सुपरकूल्ड लिक्विड क्षेत्र में कोल्ड स्प्रेइंग के दौरान होने वाले मेटालिक ग्लास पाउडर के संरचनात्मक परिवर्तन की संभावना की जांच करने के लिए चल रहे काम को अंजाम दिया गया है। इस अध्ययन में प्रतिनिधि उदाहरणों के रूप में Cu50Zr30Ni20 और Cu50Zr20Ni30 मेटालिक ग्लास मिश्र धातुओं का उपयोग किया गया था।
यह खंड कम ऊर्जा बॉल मिलिंग के दौरान तत्व Cu, Zr और Ni के पाउडर में रूपात्मक परिवर्तनों को प्रस्तुत करता है। Cu50Zr20Ni30 और Cu50Zr40Ni10 से युक्त दो अलग-अलग प्रणालियों का उपयोग उदाहरण के रूप में किया जाएगा। एमए प्रक्रिया को तीन अलग-अलग चरणों में विभाजित किया जा सकता है, जैसा कि पीसने के चरण में प्राप्त पाउडर के मेटलोग्राफिक लक्षण वर्णन से स्पष्ट होता है (चित्र 3)।
बॉल ग्राइंडिंग के विभिन्न चरणों के बाद प्राप्त यांत्रिक मिश्रधातुओं (MA) के पाउडर की धातु संबंधी विशेषताएँ। 3, 12 और 50 घंटों के लिए कम ऊर्जा बॉल मिलिंग के बाद प्राप्त MA और Cu50Zr40Ni10 पाउडर की फील्ड एमिशन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (FE-SEM) छवियाँ Cu50Zr20Ni30 सिस्टम के लिए (a), (c) और (e) में दिखाई गई हैं, जबकि उसी MA पर। समय के बाद ली गई Cu50Zr40Ni10 सिस्टम की संगत छवियाँ (b), (d), और (f) में दिखाई गई हैं।
बॉल मिलिंग के दौरान, धातु पाउडर में स्थानांतरित की जा सकने वाली प्रभावी गतिज ऊर्जा मापदंडों के संयोजन से प्रभावित होती है, जैसा कि चित्र 1 ए में दिखाया गया है। इसमें बॉल और पाउडर के बीच टकराव, पीसने वाले मीडिया के बीच या बीच में फंसे पाउडर का कतरनी संपीड़न, गिरती हुई गेंदों से होने वाले प्रभाव, बॉल मिल के चलते हुए निकायों के बीच पाउडर ड्रैग के कारण होने वाली कतरनी और घिसाव, और लोड किए गए कल्चर के माध्यम से फैलती हुई गिरती हुई गेंदों से गुजरने वाली शॉक वेव शामिल हैं (चित्र 1 ए)। एलेमीन पोर्क Cu, Zr और Ni были сильно деформированы из-за холодной на ранней стадии МА (3 ч), что привело к образованию крупных पर сварки частиц порошка (> 1 мм в диаметре). एम.ए. (3 h) के प्रारंभिक चरण में शीत वेल्डिंग के कारण मूल तत्व Cu, Zr, और Ni पाउडर गंभीर रूप से विकृत हो गए, जिसके कारण बड़े पाउडर कणों (> 1 मिमी व्यास) का निर्माण हुआ।इन बड़े मिश्रित कणों की विशेषता मिश्र धातु तत्वों (Cu, Zr, Ni) की मोटी परतों का निर्माण है, जैसा कि चित्र 3a,b में दिखाया गया है। MA समय को 12 घंटे (मध्यवर्ती चरण) तक बढ़ाने से बॉल मिल की गतिज ऊर्जा में वृद्धि हुई, जिसके कारण मिश्रित पाउडर का छोटे पाउडर (200 माइक्रोन से कम) में अपघटन हुआ, जैसा कि चित्र 3c, शहर में दिखाया गया है। इस स्तर पर, लगाया गया कतरनी बल पतली Cu, Zr, Ni संकेत परतों के साथ एक नई धातु की सतह के गठन की ओर ले जाता है, जैसा कि चित्र 3c, d में दिखाया गया है। गुच्छे के इंटरफेस पर परतों के पीसने के परिणामस्वरूप, नए चरणों के गठन के साथ ठोस-चरण प्रतिक्रियाएं होती हैं।
एमए प्रक्रिया के चरमोत्कर्ष पर (50 घंटे के बाद), फ्लेक मेटलोग्राफी मुश्किल से ध्यान देने योग्य थी (चित्र 3e, f), और पाउडर की पॉलिश सतह पर मिरर मेटलोग्राफी देखी गई। इसका मतलब है कि एमए प्रक्रिया पूरी हो गई थी और एक एकल प्रतिक्रिया चरण बनाया गया था। चित्र 3e (I, II, III), f, v, vi) में दर्शाए गए क्षेत्रों की मौलिक संरचना को ऊर्जा फैलाने वाले एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) के संयोजन में फ़ील्ड एमिशन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (FE-SEM) का उपयोग करके निर्धारित किया गया था। (IV)।
तालिका 2 में मिश्रधातु तत्वों की तात्विक सांद्रता को चित्र 3e, f में चयनित प्रत्येक क्षेत्र के कुल द्रव्यमान के प्रतिशत के रूप में दिखाया गया है। तालिका 1 में दिए गए Cu50Zr20Ni30 और Cu50Zr40Ni10 की प्रारंभिक नाममात्र रचनाओं के साथ इन परिणामों की तुलना करने से पता चलता है कि इन दो अंतिम उत्पादों की रचनाएँ नाममात्र रचनाओं के बहुत करीब हैं। इसके अलावा, चित्र 3e, f में सूचीबद्ध क्षेत्रों के लिए घटकों के सापेक्ष मूल्य एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में प्रत्येक नमूने की रचना में महत्वपूर्ण गिरावट या भिन्नता का सुझाव नहीं देते हैं। यह इस तथ्य से प्रमाणित होता है कि एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में रचना में कोई बदलाव नहीं होता है। यह तालिका 2 में दिखाए गए अनुसार एक समान मिश्रधातु पाउडर के उत्पादन को इंगित करता है।
Cu50(Zr50-xNix) अंतिम उत्पाद पाउडर के FE-SEM माइक्रोग्राफ 50 MA बार के बाद प्राप्त किए गए, जैसा कि चित्र 4a-d में दिखाया गया है, जहाँ x क्रमशः 10, 20, 30 और 40 at.% है। इस पीसने के चरण के बाद, वैन डेर वाल्स प्रभाव के कारण पाउडर एकत्र हो जाता है, जिससे 73 से 126 एनएम के व्यास वाले अल्ट्राफाइन कणों से युक्त बड़े समुच्चय का निर्माण होता है, जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है।
50 घंटे के MA ​​के बाद प्राप्त Cu50(Zr50-xNix) पाउडर की रूपात्मक विशेषताएँ। Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 प्रणालियों के लिए, 50 MA के बाद प्राप्त पाउडर की FE-SEM छवियाँ क्रमशः (a), (b), (c), और (d) में दिखाई गई हैं।
कोल्ड स्प्रे फीडर में पाउडर लोड करने से पहले, उन्हें पहले विश्लेषणात्मक ग्रेड इथेनॉल में 15 मिनट के लिए सोनिकेट किया गया और फिर 2 घंटे के लिए 150 डिग्री सेल्सियस पर सुखाया गया। यह कदम समूहन से सफलतापूर्वक निपटने के लिए उठाया जाना चाहिए, जो अक्सर कोटिंग प्रक्रिया में कई गंभीर समस्याओं का कारण बनता है। एमए प्रक्रिया के पूरा होने के बाद, मिश्र धातु पाउडर की समरूपता की जांच के लिए आगे के अध्ययन किए गए। चित्र 5a-d में 50 घंटे समय M के बाद क्रमशः Cu50Zr30Ni20 मिश्र धातु के Cu, Zr और Ni मिश्र धातु तत्वों के FE-SEM माइक्रोग्राफ़ और संबंधित EDS चित्र दिखाए गए हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इस चरण के बाद प्राप्त मिश्र धातु पाउडर सजातीय हैं, क्योंकि वे उप-नैनोमीटर स्तर से परे किसी भी संरचना में उतार-चढ़ाव नहीं दिखाते हैं
FE-SEM/ऊर्जा फैलाव एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) द्वारा 50 MA के बाद प्राप्त MG Cu50Zr30Ni20 पाउडर में तत्वों की आकृति विज्ञान और स्थानीय वितरण। (a) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, और (d) Ni-Kα की SEM और एक्स-रे EDS इमेजिंग।
50 घंटे के MA ​​के बाद प्राप्त यांत्रिक रूप से मिश्रित Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, और Cu50Zr20Ni30 पाउडर के एक्स-रे विवर्तन पैटर्न क्रमशः चित्र 6a-d में दिखाए गए हैं। इस पीसने के चरण के बाद, अलग-अलग Zr सांद्रता वाले सभी नमूनों में चित्र 6 में दिखाए गए विशिष्ट हेलो प्रसार पैटर्न के साथ अनाकार संरचनाएं थीं।
50 घंटे तक एम.ए. के बाद Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), और Cu50Zr20Ni30 (d) पाउडर के एक्स-रे विवर्तन पैटर्न। बिना किसी अपवाद के सभी नमूनों में एक प्रभामंडल-प्रसार पैटर्न देखा गया, जो एक अनाकार चरण के गठन का संकेत देता है।
संरचनात्मक परिवर्तनों का निरीक्षण करने और विभिन्न एमए समय पर बॉल मिलिंग से उत्पन्न पाउडर की स्थानीय संरचना को समझने के लिए उच्च रिज़ॉल्यूशन फ़ील्ड एमिशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (FE-HRTEM) का उपयोग किया गया था। Cu50Zr30Ni20 और Cu50Zr40Ni10 पाउडर पीसने के शुरुआती (6 घंटे) और मध्यवर्ती (18 घंटे) चरणों के बाद FE-HRTEM विधि द्वारा प्राप्त पाउडर की छवियाँ क्रमशः चित्र 7a में दिखाई गई हैं। एमए के 6 घंटे बाद प्राप्त पाउडर की ब्राइट-फील्ड इमेज (BFI) के अनुसार, पाउडर में बड़े दाने होते हैं जिनमें fcc-Cu, hcp-Zr और fcc-Ni तत्वों की स्पष्ट रूप से परिभाषित सीमाएँ होती हैं, और प्रतिक्रिया चरण के गठन के कोई संकेत नहीं होते हैं, जैसा कि चित्र 7a में दिखाया गया है। इसके अलावा, मध्य क्षेत्र (ए) से लिए गए सहसंबंधित चयनित क्षेत्र विवर्तन पैटर्न (एसएडीपी) ने एक तीव्र विवर्तन पैटर्न (चित्र 7बी) का खुलासा किया, जो बड़े क्रिस्टलीय की उपस्थिति और प्रतिक्रियाशील चरण की अनुपस्थिति को दर्शाता है।
प्रारंभिक (6 घंटे) और मध्यवर्ती (18 घंटे) चरणों के बाद प्राप्त एम.ए. पाउडर की स्थानीय संरचनात्मक विशेषताएँ। (ए) उच्च रिज़ॉल्यूशन फ़ील्ड एमिशन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (FE-HRTEM) और (बी) 6 घंटे के लिए एम.ए. उपचार के बाद Cu50Zr30Ni20 पाउडर के संगत चयनित क्षेत्र डिफ्रैक्टोग्राम (SADP)। 18 घंटे के एम.ए. के बाद प्राप्त Cu50Zr40Ni10 की FE-HRTEM छवि (सी) में दिखाई गई है।
जैसा कि चित्र 7c में दिखाया गया है, MA की अवधि में 18 घंटे की वृद्धि से प्लास्टिक विरूपण के साथ गंभीर जाली दोष उत्पन्न हुए। MA प्रक्रिया के इस मध्यवर्ती चरण में, पाउडर में विभिन्न दोष दिखाई देते हैं, जिसमें स्टैकिंग दोष, जाली दोष और बिंदु दोष शामिल हैं (चित्र 7)। ये दोष अनाज की सीमाओं के साथ बड़े अनाज के विखंडन का कारण बनते हैं जो आकार में 20 एनएम से छोटे उप-अनाज में बदल जाते हैं (चित्र 7c)।
36 घंटे MA के लिए मिलिंग किए गए Cu50Z30Ni20 पाउडर की स्थानीय संरचना एक अनाकार पतली मैट्रिक्स में एम्बेडेड अल्ट्राफाइन नैनोग्रेन के गठन द्वारा विशेषता है, जैसा कि चित्र 8a में दिखाया गया है। EMF के एक स्थानीय विश्लेषण से पता चला है कि चित्र 8a में दिखाए गए नैनोक्लस्टर अनुपचारित Cu, Zr और Ni पाउडर मिश्र धातुओं से जुड़े हैं। मैट्रिक्स में Cu की मात्रा ~32 at.% (खराब क्षेत्र) से ~74 at.% (समृद्ध क्षेत्र) तक भिन्न थी, जो विषम उत्पादों के गठन को इंगित करती है। इसके अलावा, इस चरण में मिलिंग के बाद प्राप्त पाउडर के संबंधित SADPs इन अनुपचारित मिश्र धातु तत्वों से जुड़े तीखे बिंदुओं के साथ ओवरलैपिंग करने वाले प्राथमिक और द्वितीयक हेलो-डिफ्यूजन अनाकार चरण के छल्ले दिखाते हैं, जैसा कि चित्र 8b में दिखाया गया है।
बियॉन्ड 36 h-Cu50Zr30Ni20 पाउडर की नैनोस्केल स्थानीय संरचनात्मक विशेषताएं। (ए) ब्राइट फील्ड इमेज (बीएफआई) और संबंधित (बी) 36 घंटे एमए के लिए मिलिंग के बाद प्राप्त Cu50Zr30Ni20 पाउडर का एसएडीपी।
एमए प्रक्रिया (50 घंटे) के अंत में, Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30, और 40 at.% पाउडर, बिना किसी अपवाद के, अनाकार चरण की एक भूलभुलैया जैसी आकृति विज्ञान है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। प्रत्येक रचना के संगत SADS में न तो बिंदु विवर्तन और न ही तीक्ष्ण कुंडलाकार पैटर्न का पता लगाया जा सका। यह अनुपचारित क्रिस्टलीय धातु की अनुपस्थिति को इंगित करता है, बल्कि एक अनाकार मिश्र धातु पाउडर के गठन को इंगित करता है। हेलो डिफ्यूजन पैटर्न दिखाने वाले इन सहसंबद्ध SADPs का उपयोग अंतिम उत्पाद सामग्री में अनाकार चरणों के विकास के प्रमाण के रूप में भी किया गया था।
Cu50 MS प्रणाली (Zr50-xNix) के अंतिम उत्पाद की स्थानीय संरचना। 50 घंटे MA के बाद प्राप्त (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, और (d) Cu50Zr10Ni40 के FE-HRTEM और सहसंबंधित नैनोबीम विवर्तन पैटर्न (NBDP)।
विभेदक स्कैनिंग कैलोरीमेट्री का उपयोग करते हुए, ग्लास संक्रमण तापमान (Tg), सुपरकूल्ड लिक्विड क्षेत्र (ΔTx) और क्रिस्टलीकरण तापमान (Tx) की ऊष्मीय स्थिरता का अध्ययन Cu50(Zr50-xNix) अनाकार प्रणाली में Ni (x) की सामग्री के आधार पर किया गया था। (DSC) He गैस प्रवाह में गुण। 50 घंटे के लिए MA के बाद प्राप्त Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 और Cu50Zr10Ni40 अनाकार मिश्रधातुओं के पाउडर के DSC वक्र क्रमशः चित्र 10a, b, e में दिखाए गए हैं। जबकि अनाकार Cu50Zr20Ni30 का DSC वक्र अलग से चित्र 10वीं शताब्दी में दिखाया गया है
50 घंटे तक MA के बाद प्राप्त Cu50(Zr50-xNix) MG पाउडर की थर्मल स्थिरता ग्लास ट्रांज़िशन तापमान (Tg), क्रिस्टलीकरण तापमान (Tx) और सुपरकूल्ड लिक्विड क्षेत्र (ΔTx) द्वारा निर्धारित की जाती है। 50 घंटे तक MA के बाद Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), और (e) Cu50Zr10Ni40 MG मिश्र धातु पाउडर के विभेदक स्कैनिंग कैलोरीमीटर (DSC) पाउडर के थर्मोग्राम। DSC में ~700°C तक गर्म किए गए Cu50Zr30Ni20 नमूने का एक्स-रे विवर्तन पैटर्न (XRD) (d) में दिखाया गया है।
जैसा कि चित्र 10 में दिखाया गया है, अलग-अलग निकल सांद्रता (x) वाली सभी रचनाओं के लिए DSC वक्र दो अलग-अलग मामलों को इंगित करते हैं, एक एंडोथर्मिक और दूसरा एक्सोथर्मिक। पहली एंडोथर्मिक घटना Tg से मेल खाती है, और दूसरी Tx से जुड़ी है। Tg और Tx के बीच मौजूद क्षैतिज फैलाव क्षेत्र को सबकूल्ड लिक्विड एरिया (ΔTx = Tx – Tg) कहा जाता है। परिणाम दिखाते हैं कि 526°C और 612°C पर रखे गए Cu50Zr40Ni10 नमूने (चित्र 10a) के Tg और Tx सामग्री (x) को 20% तक 482°C और 563°C के निम्न तापमान की ओर ले जाते हैं। Ni सामग्री (x) में वृद्धि के साथ, क्रमशः °C, जैसा कि चित्र 10b में दिखाया गया है। परिणामस्वरूप, Cu50Zr30Ni20 (चित्र 10b) के लिए ΔTx Cu50Zr40Ni10 86°С (चित्र 10a) से घटकर 81°С हो जाता है। MC Cu50Zr40Ni10 मिश्रधातु के लिए, Tg, Tx और ΔTx के मानों में 447°С, 526°С और 79°С के स्तर तक की कमी भी देखी गई (चित्र 10b)। यह दर्शाता है कि Ni सामग्री में वृद्धि से MS मिश्रधातु की तापीय स्थिरता में कमी आती है। इसके विपरीत, MC Cu50Zr20Ni30 मिश्रधातु का Tg (507 °C) का मान MC Cu50Zr40Ni10 मिश्रधातु से कम है; फिर भी, इसका Tx इसके बराबर का मान (612 °C) दिखाता है। इसलिए, ΔTx का मान उच्च (87°C) है जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 10वीं शताब्दी
Cu50(Zr50-xNix) MC प्रणाली, Cu50Zr20Ni30 MC मिश्रधातु का उदाहरण के रूप में उपयोग करते हुए, एक तेज ऊष्माक्षेपी शिखर के माध्यम से fcc-ZrCu5, ऑर्थोरोम्बिक-Zr7Cu10, और ऑर्थोरोम्बिक-ZrNi क्रिस्टलीय चरणों में क्रिस्टलीकृत होती है (चित्र 10c)। अनाकार से क्रिस्टलीय में इस चरण संक्रमण की पुष्टि MG नमूने (चित्र 10d) के एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण द्वारा की गई थी जिसे DSC में 700 °C तक गर्म किया गया था।
चित्र 11 में वर्तमान कार्य में की गई कोल्ड स्प्रे प्रक्रिया के दौरान ली गई तस्वीरें दिखाई गई हैं। इस अध्ययन में, 50 घंटे तक MA करने के बाद संश्लेषित धातु के कांच जैसे पाउडर कणों (उदाहरण के तौर पर Cu50Zr20Ni30 का उपयोग करके) को जीवाणुरोधी कच्चे माल के रूप में इस्तेमाल किया गया था, और एक स्टेनलेस स्टील प्लेट (SUS304) को कोल्ड स्प्रे लेपित किया गया था। थर्मल स्प्रे तकनीक श्रृंखला में कोटिंग के लिए कोल्ड स्प्रे विधि को चुना गया क्योंकि यह थर्मल स्प्रे तकनीक श्रृंखला में सबसे कुशल विधि है जहां इसका उपयोग अनाकार और नैनोक्रिस्टलाइन पाउडर जैसे धात्विक मेटास्टेबल ताप संवेदनशील पदार्थों के लिए किया जा सकता है। चरण संक्रमण के अधीन नहीं। यह इस विधि को चुनने का मुख्य कारक है। कोल्ड डिपोजिशन प्रक्रिया उच्च-वेग वाले कणों का उपयोग करके की जाती है
फील्ड फोटोग्राफ्स में 550°C पर MG/SUS 304 की पांच क्रमिक तैयारियों के लिए प्रयुक्त शीत स्प्रे प्रक्रिया को दर्शाया गया है।
कणों की गतिज ऊर्जा, साथ ही कोटिंग के निर्माण के दौरान प्रत्येक कण की गति, को प्लास्टिक विरूपण (मैट्रिक्स में प्राथमिक कण और अंतर-कण इंटरैक्शन और कणों की इंटरैक्शन), ठोस पदार्थों के अंतरालीय गांठ, कणों के बीच घूर्णन, विरूपण और सीमित हीटिंग 39 जैसे तंत्रों के माध्यम से ऊर्जा के अन्य रूपों में परिवर्तित किया जाना चाहिए। इसके अलावा, यदि आने वाली सभी गतिज ऊर्जा को थर्मल ऊर्जा और विरूपण ऊर्जा में परिवर्तित नहीं किया जाता है, तो परिणाम एक लोचदार टक्कर होगी, जिसका अर्थ है कि कण बस प्रभाव के बाद उछल जाते हैं। यह देखा गया है कि कण/सब्सट्रेट सामग्री पर लागू प्रभाव ऊर्जा का 90% स्थानीय गर्मी 40 में परिवर्तित हो जाता है। इसके अलावा, जब प्रभाव तनाव लागू होता है, तो बहुत ही कम समय में कण/सब्सट्रेट संपर्क क्षेत्र में उच्च प्लास्टिक तनाव दर प्राप्त होती है41,42।
प्लास्टिक विरूपण को आमतौर पर ऊर्जा अपव्यय की प्रक्रिया के रूप में माना जाता है, या बल्कि, अंतरापृष्ठीय क्षेत्र में गर्मी स्रोत के रूप में। हालांकि, अंतरापृष्ठीय क्षेत्र में तापमान में वृद्धि आमतौर पर अंतरापृष्ठीय पिघलने या परमाणुओं के पारस्परिक प्रसार की महत्वपूर्ण उत्तेजना की घटना के लिए पर्याप्त नहीं होती है। लेखकों को ज्ञात किसी भी प्रकाशन ने ठंडे स्प्रे तकनीकों का उपयोग करते समय पाउडर आसंजन और बसने पर इन धातुई कांच के पाउडर के गुणों के प्रभाव की जांच नहीं की है।
एमजी Cu50Zr20Ni30 मिश्र धातु पाउडर का BFI चित्र 12a में देखा जा सकता है, जिसे SUS 304 सब्सट्रेट (चित्र 11, 12b) पर जमा किया गया था। जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, लेपित पाउडर अपनी मूल अनाकार संरचना को बनाए रखते हैं क्योंकि उनके पास बिना किसी क्रिस्टलीय विशेषताओं या जाली दोषों के एक नाजुक भूलभुलैया संरचना होती है। दूसरी ओर, छवि एक विदेशी चरण की उपस्थिति को इंगित करती है, जैसा कि एमजी-लेपित पाउडर मैट्रिक्स (चित्र 12a) में शामिल नैनोकणों द्वारा प्रमाणित किया गया है। चित्र 12c क्षेत्र I (चित्र 12a) से जुड़े अनुक्रमित नैनोबीम विवर्तन पैटर्न (NBDP) को दर्शाता है। जैसा कि चित्र 12c में दिखाया गया है, NBDP अनाकार संरचना का एक कमजोर प्रभामंडल-प्रसार पैटर्न प्रदर्शित करता है और एक क्रिस्टलीय बड़े क्यूबिक मेटास्टेबल Zr2Ni चरण और एक टेट्रागोनल CuO चरण के अनुरूप तीखे धब्बों के साथ सह-अस्तित्व में रहता है। CuO के निर्माण को सुपरसोनिक प्रवाह में खुली हवा में स्प्रे गन के नोजल से SUS 304 में जाने पर पाउडर के ऑक्सीकरण द्वारा समझाया जा सकता है। दूसरी ओर, धातु के कांच जैसे पाउडर के विविट्रिफिकेशन के परिणामस्वरूप 30 मिनट के लिए 550 डिग्री सेल्सियस पर ठंडे स्प्रे उपचार के बाद बड़े क्यूबिक चरणों का निर्माण हुआ।
(ए) (बी) एसयूएस 304 सब्सट्रेट (चित्र इनसेट) पर जमा एमजी पाउडर की एफई-एचआरटीईएम छवि। (ए) में दिखाए गए गोल प्रतीक का एनबीडीपी सूचकांक (सी) में दिखाया गया है।
बड़े क्यूबिक Zr2Ni नैनोकणों के निर्माण के लिए इस संभावित तंत्र का परीक्षण करने के लिए, एक स्वतंत्र प्रयोग किया गया था। इस प्रयोग में, पाउडर को 550 डिग्री सेल्सियस पर एक एटमाइज़र से SUS 304 सब्सट्रेट की दिशा में छिड़का गया था; हालाँकि, एनीलिंग प्रभाव को निर्धारित करने के लिए, पाउडर को SUS304 पट्टी से जितनी जल्दी हो सके हटा दिया गया था (लगभग 60 सेकंड)। प्रयोगों की एक और श्रृंखला की गई जिसमें आवेदन के लगभग 180 सेकंड बाद पाउडर को सब्सट्रेट से हटा दिया गया।
चित्र 13a,b, SUS 304 सबस्ट्रेट्स पर क्रमशः 60 सेकंड और 180 सेकंड के लिए जमा किए गए दो स्पटर किए गए पदार्थों की स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (STEM) डार्क फील्ड (DFI) छवियां दिखाते हैं। 60 सेकंड के लिए जमा किए गए पाउडर की छवि में रूपात्मक विवरण का अभाव है, जो कि विशेषताहीनता को दर्शाता है (चित्र 13a)। XRD द्वारा भी इसकी पुष्टि की गई, जिसने दिखाया कि इन पाउडरों की समग्र संरचना अनाकार थी, जैसा कि चित्र 14a में दिखाए गए व्यापक प्राथमिक और द्वितीयक विवर्तन चोटियों द्वारा दर्शाया गया है। यह मेटास्टेबल/मेसोफ़ेज़ अवक्षेपों की अनुपस्थिति को इंगित करता है, जिसमें पाउडर अपनी मूल अनाकार संरचना को बरकरार रखता है। इसके विपरीत, समान तापमान (550°C) पर जमा किए गए लेकिन सब्सट्रेट पर 180 सेकंड के लिए छोड़े गए पाउडर