Spas ji bo serdana Nature.com. Guhertoya geroka ku hûn bikar tînin piştgiriya CSS-ê bi sînor e. Ji bo ezmûna çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn gerokek nûvekirî bikar bînin (an jî moda lihevhatinê di Internet Explorer-ê de vemirînin). Di vê navberê de, ji bo ku piştgiriya berdewam misoger bikin, em ê malperê bêyî şêwaz û JavaScript-ê nîşan bidin.
Biofîlm di pêşveçûna enfeksiyonên kronîk de pêkhateyek girîng in, nemaze dema ku amûrên bijîşkî tê de hene. Ev pirsgirêk ji bo civaka bijîşkî dibe sedema dijwariyek mezin, ji ber ku antîbiyotîkên standard tenê dikarin biofîlman bi rêjeyek pir sînorkirî ji holê rakin. Pêşîlêgirtina çêbûna biofîlmê bûye sedema pêşxistina rêbazên cûrbecûr ên pêçandinê û materyalên nû. Armanca van rêbazan ew e ku rûyan bi awayekî ku çêbûna biofîlmê asteng dike bipêçin. Alavên şûşeyî yên metalî, nemaze yên ku metalên sifir û tîtanyûmê dihewînin, wekî pêçandinên antîmîkrobî yên îdeal derketine holê. Di heman demê de, karanîna teknolojiya spreya sar zêde bûye ji ber ku ew rêbazek guncan e ji bo hilberandina materyalên hesas ên germahiyê. Beşek ji armanca vê lêkolînê ew bû ku camek metalî ya fîlmek antîbakteriyal a nû were pêşve xistin ku ji Cu-Zr-Ni ya sêalî pêk tê bi karanîna teknîkên alokirina mekanîkî. Toza sferîk a ku hilbera dawîn pêk tîne wekî madeya xav ji bo pêçandina spreya sar a rûberên pola zengarnegir di germahiyên nizm de tê bikar anîn. Bingehên ku bi cama metalîk hatine pêçandin karîn çêbûna biofîlmê bi kêmî ve 1 log li gorî pola zengarnegir bi girîngî kêm bikin.
Di dîroka mirovahiyê de, her civak kariye danasîna materyalên nû yên ku hewcedariyên wê yên taybetî bicîh tînin sêwirîne û pêşve bibe, ku ev yek bûye sedema performans û rêzbendiya çêtir di aboriyek gerdûnî de1. Ew her gav bi şiyana mirovan a pêşxistina materyal û alavên çêkirinê û sêwirandina ji bo çêkirin û taybetmendiya materyalan ve hatîye girêdan da ku di tenduristî, perwerde, pîşesazî, aborî, çand û warên din de ji welatek an herêmek bo welatek din destkeftiyan bi dest bixe. Pêşketin bêyî ku welat an herêm çi be tê pîvandin.2 Ji bo 60 salan, zanyarên materyalan piraniya dema xwe ji bo balkişandina ser yek fikarek sereke veqetandine: lêgerîna materyalên nû û pêşkeftî. Lêkolînên dawî li ser baştirkirina kalîte û performansa materyalên heyî, û her weha sentezkirin û dahênana celebên materyalên bi tevahî nû hûr bûne.
Zêdekirina hêmanên alloykirinê, guhertina mîkroavakirina materyalê, û sepandina teknîkên pêvajoya germî, mekanîkî an termomekanîkî bûne sedema başbûnên girîng di taybetmendiyên mekanîkî, kîmyewî û fîzîkî yên cûrbecûr materyalên cûda de. Wekî din, heta niha pêkhateyên nebihîstî bi serkeftî hatine sentezkirin. Van hewildanên domdar malbatek nû ya materyalên nûjen, ku bi hev re wekî Materyalên Pêşketî têne zanîn, afirandiye. Nanokrîstalan, nanopartikulan, nanolûbeyan, xalên kûantûmê, cama metalîk a sifir-alî, amorf, û alloyên entropiya bilind tenê çend mînakên materyalên pêşkeftî ne ku ji nîvê sedsala borî vir ve hatine destnîşan kirin. Dema ku alloyên nû bi taybetmendiyên bilind têne çêkirin û pêşve xistin, çi di hilbera dawîn de an jî di qonaxên navîn ên hilberîna wê de, pirsgirêka nehevsengiyê pir caran tê zêdekirin. Wekî encamek sepandina teknîkên çêkirina nû ji bo dûrketina girîng ji hevsengiyê, çînek bi tevahî nû ya alloyên metastabîl, ku wekî cama metalîk têne zanîn, hatiye kifş kirin.
Xebata wî ya li Caltech di sala 1960an de şoreşek di têgeha hevbendiyên metalî de anî dema ku wî hevbendiyên cam ên Au-25 at.% Si bi lez û bez hişkkirina şilavan bi nêzîkî milyonek pileyan di saniyeyê de sentez kir. 4. Bûyera vedîtina Profesor Pol Duwezs ne tenê destpêka dîroka cama metalî (MG) nîşan da, lê di heman demê de bû sedema guhertinek paradîgmayê di awayê ku mirov li ser hevbendiyên metalî difikirin. Ji lêkolînên pêşeng ên herî pêşîn ên di senteza hevbendiyên MG de, hema hema hemî cama metalî bi tevahî bi karanîna yek ji rêbazên jêrîn hatine hilberandin; (i) hişkkirina bilez a helandî an buharê, (ii) bêserûberiya atomî ya şebekeyê, (iii) reaksiyonên amorfîzasyona rewşa hişk di navbera elementên metal ên saf de, û (iv) veguherînên rewşa hişk ên qonaxên metastabîl.
MG bi nebûna rêza atomî ya dûr-dirêj a ku bi krîstalan ve girêdayî ye, têne cudakirin, ku ev taybetmendiyek diyarker a krîstalan e. Di cîhana îroyîn de, di warê cama metalîk de pêşkeftinek mezin çêbûye. Ew materyalên nû ne ku xwedî taybetmendiyên balkêş in ku ne tenê di fîzîka rewşa hişk de, lê di heman demê de di metalurjî, kîmyaya rûberê, teknolojiyê, biyolojiyê û gelek warên din de jî balkêş in. Ev celebê nû yê materyalê taybetmendiyên cihêreng ji metalên hişk nîşan dide, ku ew dike namzetek balkêş ji bo sepanên teknolojîk di warên cûrbecûr de. Ew xwedî hin taybetmendiyên girîng in; (i) duktîlîteya mekanîkî ya bilind û hêza berdestbûnê, (ii) permeabilîteya magnetîkî ya bilind, (iii) koersîvîtasyona nizm, (iv) berxwedana korozyonê ya neasayî, (v) serxwebûna germahiyê. Konduktîvîteya 6,7.
Alokirina mekanîkî (MA)1,8 teknîkek nisbeten nû ye, ku cara yekem di sala 19839an de ji hêla Prof. CC Kock û hevkarên wî ve hate destnîşan kirin. Wan tozên amorf ên Ni60Nb40 bi hûrkirina tevliheviyek ji hêmanên paqij di germahiyên hawîrdorê de pir nêzîkî germahiya odeyê amade kirin. Bi gelemperî, reaksiyona MA di navbera girêdana belavbûyî ya tozên materyalê reaktant di reaktorekê de, ku bi gelemperî ji pola zengarnegir tê çêkirin, di nav aşê gogê 10 de tê kirin (Wêne 1a, b). Ji wê demê ve, ev teknîka reaksiyona rewşa zexm a bi mekanîkî hatî çêkirin ji bo amadekirina tozên alloy cama amorf/metalîk ên nû bi karanîna aşên gogê yên enerjiya nizm (Wêne 1c) û bilind, û her weha aşên çîp11,12,13,14,15, 16 hatiye bikar anîn. Bi taybetî, ev rêbaz ji bo amadekirina pergalên netevlihev ên wekî Cu-Ta17, û her weha alloyeyên xala helandinê ya bilind wekî pergalên metalên veguherîna Al (TM; Zr, Hf, Nb û Ta)18,19 û Fe-W20 hatiye bikar anîn, ku bi karanîna rêyên amadekirina kevneşopî nayên bidestxistin. Wekî din, MA wekî yek ji amûrên nanoteknolojiyê yên herî bihêz ji bo amadekirina perçeyên toza nanokristalîn û nanokompozît ên di asta pîşesaziyê de ji oksîdên metal, karbîd, nîtrîd, hîdrîd, nanolûbeyên karbonê tê hesibandin. nanodiamonds, Her wiha îstîqrara berfireh bi rêya nêzîkatiyek ji jor ber bi jêr 1 û qonaxên metastabîl.
Nexşeya şematîk rêbaza çêkirinê ya ku ji bo amadekirina pêçandina cama metalîk a Cu50(Zr50−xNix) (MG)/SUS 304 di vê lêkolînê de tê bikar anîn nîşan dide. (a) Amadekirina tozên alloy MG bi konsantrasyonên Ni yên cuda x (x; 10, 20, 30 û 40 at.%) bi karanîna teknîka frezkirina gogê ya enerjiya kêm. (a) Materyalê destpêkê bi gogên pola amûran re têxin nav silindirek amûran, û (b) di qutiyek lepikan de ku bi atmosfera He tijî ye tê mohrkirin. (c) Modelek zelal a konteynirê hûrkirinê ku tevgera gogê di dema hûrkirinê de nîşan dide. Berhema dawî ya toza ku piştî 50 demjimêran hatî bidestxistin, ji bo pêçandina substrata SUS 304 bi karanîna rêbaza spreya sar (d) hate bikar anîn.
Dema ku dor tê ser rûyên materyalên girseyî (substrat), endezyariya rûberê sêwirandin û guhertina rûberan (substratan) vedihewîne da ku hin taybetmendiyên fîzîkî, kîmyewî û teknîkî yên ku di materyalê girseyî yê orîjînal de nînin peyda bikin. Hin taybetmendiyên ku dikarin bi dermankirinên rûberê bi bandor werin baştir kirin ev in: berxwedana li hember şikestinê, berxwedana oksîdasyon û korozyonê, katsayiya rijandinê, biyo-bêbandorbûn, taybetmendiyên elektrîkê û îzolasyona germî, çend mînak in. Kalîteya rûberê dikare bi karanîna teknîkên metalurjîk, mekanîkî an kîmyewî were baştir kirin. Wekî pêvajoyek baş-naskirî, pêçandin bi tenê wekî yek an çend tebeqeyên materyalê yên ku bi awayekî sûnî li ser rûyê tiştek girseyî (substrat) ji materyalek din hatî çêkirin têne pênase kirin. Bi vî rengî, pêçandin bi qismî ji bo bidestxistina hin taybetmendiyên teknîkî an xemilandî yên xwestî, û her weha ji bo parastina materyalan ji têkiliyên kîmyewî û fîzîkî yên bendewar bi jîngeha derdorê re têne bikar anîn23.
Ji bo danîna tebeqeyên parastina rûberê yên guncaw bi qalindahiya ji çend mîkrometreyan (di bin 10-20 mîkrometreyan de) heta zêdetirî 30 mîkrometreyan an jî çend mîlîmetreyan, gelek rêbaz û teknîk dikarin werin sepandin. Bi gelemperî, pêvajoyên pêçandinê dikarin li du kategoriyan werin dabeş kirin: (i) rêbazên pêçandina şil, di nav de elektroplatkirin, elektroplatkirin, û rêbazên galvanîzasyona germ-dip, û (ii) rêbazên pêçandina hişk, di nav de brazing, rûberkirin, pêçandina buhara fîzîkî (PVD), pêçandina buhara kîmyewî (CVD), teknîkên spreya germî û di demên dawî de teknîkên spreya sar 24 (Wêne 1d).
Biyofîlm wekî civakên mîkrobî têne pênasekirin ku bi awayekî bêveger bi rûyan ve girêdayî ne û bi polîmerên derveyî hucreyî (EPS) yên xwe-hilberandî dorpêçkirî ne. Avabûna biyofîlmê ya gihîştî ya rûberî dikare bibe sedema windahiyên girîng di gelek sektorên pîşesaziyê de, di nav de pîşesaziya xwarinê, pergalên avê û jîngehên lênihêrîna tenduristiyê. Di mirovan de, dema ku biyofîlm çêdibin, ji% 80 zêdetir bûyerên enfeksiyonên mîkrobî (di nav de Enterobacteriaceae û Staphylococci) dijwar têne dermankirin. Wekî din, hatiye ragihandin ku biyofîlmên gihîştî 1000 qat li gorî hucreyên bakterî yên planktonîk li hember dermankirina antîbiyotîk berxwedêrtir in, ku ev wekî pirsgirêkek dermankirinê ya sereke tê hesibandin. Materyalên pêçandina rûyê antîmîkrobî yên ku ji pêkhateyên organîk ên kevneşopî hatine wergirtin di dîrokê de hatine bikar anîn. Her çend materyalên weha pir caran pêkhateyên jehrîn hene ku potansiyel ji bo mirovan xeternak in,25,26 ew dikare bibe alîkar ku ji veguhestina bakterî û hilweşîna materyalê dûr bikevin.
Berxwedana berbelav a bakteriyan li hember dermankirinên antîbiyotîk ji ber çêbûna biyofîlmê bûye sedema pêwîstiya pêşxistina rûyek bi pêçandina membrana antîmîkrobî ya bi bandor ku dikare bi ewlehî were sepandin27. Pêşxistina rûyek dijî-zeliqok a fîzîkî an kîmyewî ku hucreyên bakteriyan ji ber zeliqandinê nayên asteng kirin ku biyofîlman ava bikin, rêbaza yekem di vê pêvajoyê de ye27. Teknolojiya duyemîn ew e ku pêçan pêş bixe ku dihêle kîmyewiyên antîmîkrobî tam li cihê ku hewce ne, bi mîqdarên pir komkirî û li gorî hewcedariyê werin radest kirin. Ev bi pêşxistina materyalên pêçanê yên bêhempa yên wekî grafen/germanyûm28, elmasa reş29 û pêçanên karbonê yên mîna elmasê yên bi ZnO-dopîngkirî30 ku li hember bakteriyan berxwedêr in, tê bidestxistin, teknolojiyek ku herî zêde dike. Jehrîbûn û pêşkeftina berxwedanê ji ber çêbûna biyofîlmê bi girîngî kêm dibe. Wekî din, pêçanên ku kîmyewiyên germîkûj dixin nav rûyan da ku parastina demdirêj ji qirêjiya bakteriyan peyda bikin, populertir dibin. Her çend her sê prosedur dikarin bandorên antîmîkrobî li ser rûyên pêçandî çêbikin jî, her yek ji wan xwedan komek sînorkirinên xwe ne ku divê dema pêşxistina stratejiyên serîlêdanê werin hesibandin.
Berhemên ku niha li sûkê ne, ji ber kêmbûna demê ji bo analîzkirin û ceribandina pêçanên parastinê ji bo malzemeyên biyolojîkî çalak, asteng dibin. Şîrket îdîa dikin ku berhemên wan dê aliyên fonksiyonel ên xwestî ji bikarhêneran re peyda bikin; lêbelê, ev yek ji bo serkeftina berhemên ku niha li sûkê hene asteng bûye. Têkelên ji zîv hatine wergirtin di piraniya dermanên dijî-mîkrobî yên ku niha ji xerîdaran re peyda dibin de têne bikar anîn. Ev berhem ji bo parastina bikarhêneran ji bandorên potansiyel xeternak ên mîkroorganîzmayan têne pêşve xistin. Bandora dijî-mîkrobî ya derengmayî û jehrîbûna têkildar a têkelên zîv zextê li ser lêkolîneran zêde dike ku alternatîfek kêmtir zirardar pêşve bibin36,37. Afirandina pêçek dijî-mîkrobî ya gerdûnî ku li hundur û derve dixebite hîn jî karekî dijwar derdikeve holê. Ev ji ber xetereyên têkildar ji bo tenduristî û ewlehiyê ye. Dîtina ajanek dijî-mîkrobî ku ji bo mirovan kêmtir zirardar e û fêmkirina ka meriv çawa wê di substratên pêçandinê de bi temenê dirêjtir ve girêdide armancek pir lêgerîn e38. Materyalên dijî-mîkrobî û dijî-biyofîlmê yên herî dawî ji bo kuştina bakteriyan di mesafeyek nêzîk de, an bi têkiliya rasterast an jî piştî ku ajana çalak tê berdan, hatine çêkirin. Ew dikarin vê yekê bi astengkirina girêdana destpêkê ya bakteriyan (di nav de dijberkirina avakirina qatek proteîn li ser rûyê erdê) an jî bi kuştina bakteriyan bi destwerdana dîwarê şaneyê bikin.
Di bingeh de, pêçandina rûvî pêvajoya danîna tebeqeyek din li ser rûyê pêkhateyekê ye da ku taybetmendiyên têkildar bi rûvî baştir bike. Armanca pêçandina rûvî ew e ku mîkroavahî û/an pêkhateya herêma nêzîkî rûvî ya pêkhateyê were çêkirin39. Teknîkên pêçandina rûvî dikarin li gorî rêbazên cûda werin dabeş kirin, ku di Şekil 2a de hatine kurt kirin. Pêçandin dikarin li gorî rêbaza ku ji bo çêkirina pêçandinê tê bikar anîn, li kategoriyên germî, kîmyewî, fîzîkî û elektroşîmyayî werin dabeş kirin.
(a) Wêneyê hundir teknîkên çêkirinê yên sereke yên ku ji bo rûberê têne bikar anîn nîşan dide, û (b) avantaj û dezavantajên bijartî yên teknîka spreya sar.
Teknolojiya spreya sar gelek dişibin rêbazên spreya germî yên kevneşopî. Lêbelê, hin taybetmendiyên bingehîn ên sereke jî hene ku pêvajoya spreya sar û materyalên spreya sar bi taybetî bêhempa dikin. Teknolojiya spreya sar hîn di qonaxa xwe ya destpêkê de ye, lê pêşerojek geş heye. Di hin serîlêdanan de, taybetmendiyên bêhempa yên spreya sar feydeyên mezin pêşkêş dikin, ku sînorkirinên xwerû yên rêbazên spreya germî yên tîpîk derbas dikin. Ew rêyek peyda dike ku meriv sînorkirinên girîng ên teknolojiya spreya germî ya kevneşopî derbas bike, ku di dema wê de divê toz were helandin da ku li ser substratê were danîn. Bê guman, ev pêvajoya pêçandina kevneşopî ji bo materyalên pir hesas ên germahiyê yên wekî nanokrîstalan, nanopartikulan, cama amorf û metalîk ne guncaw e40, 41, 42. Wekî din, materyalên pêçandina spreya germî her gav astên bilind ên porozîtî û oksîdan nîşan didin. Teknolojiya spreya sar gelek avantajên girîng li ser teknolojiya spreya germî hene, wek (i) têketina germê ya herî kêm ji bo substratê, (ii) nermbûn di hilbijartinên pêçandina substratê de, (iii) nebûna veguherîna qonaxê û mezinbûna dendikan, (iv) hêza girêdanê ya bilind1,39 (Wêne 2b). Wekî din, materyalên pêçandina spreya sar korozyona bilind heye. berxwedan, hêz û hişkiya bilind, îhtîmala bilind a îhtîmala elektrîkê û densiteya bilind41. Berevajî avantajên pêvajoya spreya sar, hîn jî hin dezavantajên karanîna vê teknîkê hene, wekî ku di Wêne 2b de tê xuyang kirin. Dema ku tozên seramîk ên saf ên wekî Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, hwd. têne pêçandin, rêbaza spreya sar nayê bikar anîn. Ji hêla din ve, tozên kompozît ên seramîk/metal dikarin wekî madeyên xav ji bo pêçanan werin bikar anîn. Heman tişt ji bo rêbazên din ên spreya germî jî derbas dibe. Rûyên tevlihev û rûyên boriyên hundurîn hîn jî dijwar in ku werin rijandin.
Ji ber ku armanca xebata heyî ew e ku tozên şûşeyî yên metalî wekî materyalên xav ên pêçandinê bikar bînin, eşkere ye ku spreykirina germî ya kevneşopî ji bo vê armancê nayê bikar anîn. Ev ji ber ku tozên şûşeyî yên metalî di germahiyên bilind de krîstalîze dibin1.
Piraniya amûrên ku di pîşesaziyên bijîşkî û xwarinê de têne bikar anîn ji hevbendên pola yên zengarnegir ên austenîtîk (SUS316 û SUS304) têne çêkirin ku rêjeya krom di navbera 12 û 20 wt% de ji bo hilberîna amûrên cerrahî ye. Bi gelemperî tê pejirandin ku karanîna metalê krom wekî elementek hevbendiyê di hevbendên pola de dikare berxwedana korozyonê ya hevbendên pola yên standard pir baştir bike. Hevbendên pola yên zengarnegir, tevî berxwedana wan a bilind a korozyonê, taybetmendiyên antîmîkrobî yên girîng nîşan nadin38,39. Ev bi berxwedana wan a bilind a korozyonê re berevajî dike. Piştî vê yekê, pêşveçûna enfeksiyon û iltîhabê dikare were pêşbînîkirin, ku bi giranî ji ber girêdana bakteriyan û kolonîzasyona li ser rûyê biyomateryalên pola yên zengarnegir çêdibe. Ji ber zehmetiyên girîng ên bi girêdana bakteriyan û rêyên avakirina biyofîlmê ve girêdayî, dibe ku zehmetiyên girîng derkevin holê, ku dibe ku bibe sedema xirabûna tenduristiyê, ku dibe ku gelek encamên ku rasterast an nerasterast bandorê li tenduristiya mirovan bikin hebin.
Ev lêkolîn qonaxa yekem a projeyek e ku ji hêla Weqfa Kuweytê ya ji bo Pêşketina Zanistê (KFAS), Peymana Hejmar 2010-550401 ve tê fînanse kirin, da ku lêkolîna gengaziya hilberîna tozên sêalî yên Cu-Zr-Ni yên cam ên metalîk bi karanîna teknolojiya MA (Tabloya 1) ji bo hilberîna fîlima antîbakteriyal/pêçandina parastina rûyê SUS304 bike. Qonaxa duyemîn a projeyê, ku dê di Çileya 2023-an de dest pê bike, dê taybetmendiyên korozyona elektroşîmyayî û taybetmendiyên mekanîkî yên pergalê bi berfirehî lêkolîn bike. Ceribandinên mîkrobiyolojîk ên berfireh dê ji bo cureyên bakteriyan ên cûda werin kirin.
Di vê gotarê de, bandora naveroka elementa hevgirêdana Zr li ser şiyana çêkirina camê (GFA) li ser bingeha taybetmendiyên morfolojîk û avahîsaziyê tê nîqaşkirin. Wekî din, taybetmendiyên antîbakteriyal ên pêçandina toza cama metalîk a pêçayî/kompozîta SUS304 jî hatin nîqaşkirin. Wekî din, xebatek heyî ji bo lêkolîna îhtîmala veguherîna avahîsaziyê ya tozên cama metalîk ku di dema spreyandina sar de di nav herêma şileya bin sar a pergalên cama metalîk ên çêkirî de çêdibe, hatiye kirin. Wekî mînakên temsîlkar, di vê lêkolînê de hevgirêdanên cama metalîk ên Cu50Zr30Ni20 û Cu50Zr20Ni30 hatine bikar anîn.
Di vê beşê de, guhertinên morfolojîk ên tozên Cu, Zr û Ni yên hêmanî di frezkirina gogê ya enerjiya kêm de têne pêşkêş kirin. Wekî mînakên nîşanker, du pergalên cûda yên ku ji Cu50Zr20Ni30 û Cu50Zr40Ni10 pêk tên dê wekî mînakên temsîlkar werin bikar anîn. Pêvajoya MA dikare li sê qonaxên cuda were dabeş kirin, wekî ku ji hêla taybetmendiya metalografîk a toza ku di qonaxa hûrkirinê de hatî hilberandin ve tê xuyang kirin (Wêne 3).
Taybetmendiyên metalografîk ên tozên hevbendiya mekanîkî (MA) yên ku piştî qonaxên cûda yên dema frezkirina gogê hatine bidestxistin. Wêneyên mîkroskopiya elektronê ya şopandina emîsyona zeviyê (FE-SEM) yên tozên MA û Cu50Zr40Ni10 yên ku piştî demên frezkirina gogê ya enerjiya kêm a 3, 12 û 50 demjimêran hatine bidestxistin di (a), (c) û (e) de ji bo pergala Cu50Zr20Ni30 têne nîşandan, di heman MA de wêneyên têkildar ên pergala Cu50Zr40Ni10 yên ku piştî demê hatine girtin di (b), (d) û (f) de têne nîşandan.
Di dema frezkirina topan de, enerjiya kînetîk a bi bandor ku dikare were veguheztin bo toza metalî, wekî ku di Şekil 1a de tê xuyang kirin, ji hêla tevliheviya parametreyan ve tê bandor kirin. Ev pevçûnên di navbera top û tozan de, birîna zextê ya toza ku di navbera medyaya hûrkirinê de asê maye, bandora topên dikevin, birîna û xişandina ji ber kişandina tozê di navbera medyaya frezkirina topan a tevgerbar de, û pêla şokê ya ku di nav re derbas dibe vedihewîne. Topên dikevin di nav barên çandiniyê de belav dibin (Şekil 1a). Tozên Cu, Zr, û Ni yên hêmanî di qonaxa destpêkê ya MA (3 demjimêr) de ji ber kaynakirina sar bi giranî deform bûn, ku di encamê de perçeyên tozê yên mezin (>1 mm di qutrê de) çêbûn. Ev perçeyên kompozît ên mezin bi çêbûna qatên stûr ên hêmanên alloykirinê (Cu, Zr, Ni) têne xuyang kirin, wekî ku di Şekil 3a,b de tê xuyang kirin. Zêdekirina dema MA heta 12 demjimêran (qonaxa navîn) bû sedema zêdebûna enerjiya kînetîk a aşê topan, ku di encamê de toza kompozît di tozên ziravtir de hilweşiya (kêmtir ji 200 µm), wekî ku di Şekil 3c,d de tê xuyang kirin. Di vê qonaxê de, hêza birîna sepandî rê li ber... heta çêbûna rûyekî metalî yê nû bi tebeqeyên nazik ên Cu, Zr, û Ni, wekî ku di Şekil 3c, d de tê nîşandan. Wekî encamek ji rafinandina tebeqeyan, reaksiyonên qonaxa hişk li ser rûyê perçeyan çêdibin da ku qonaxên nû çêbikin.
Di lûtkeya pêvajoya MA de (piştî 50 demjimêran), metalografiya perçe perçe tenê bi rengekî lawaz xuya bû (Wêne 3e, f), lê rûyê cilkirî yê tozê metalografiya neynikê nîşan da. Ev tê vê wateyê ku pêvajoya MA qediyaye û afirandina qonaxek reaksiyonê ya yekane çêbûye. Pêkhateya hêmanî ya herêmên ku di Wêne 3e de hatine nîşankirin (I, II, III), f, v, vi) bi karanîna mîkroskopiya elektronê ya şopandina belavbûna zeviyê (FE-SEM) bi spektroskopiya tîrêjên X ya belavbûna enerjiyê (EDS) (IV) ve hate destnîşankirin.
Di Tabloya 2an de, rêjeyên hêmanî yên hêmanên alloykirinê wekî rêjeyek ji giraniya giştî ya her herêma ku di Şekil 3e,f de hatiye hilbijartin têne nîşandan. Dema ku van encaman bi pêkhateyên nominal ên destpêkê yên Cu50Zr20Ni30 û Cu50Zr40Ni10 ên ku di Tabloya 1ê de hatine navnîş kirin re têne berhev kirin, tê dîtin ku pêkhateyên van her du hilberên dawîn xwedî nirxên pir dişibin pêkhateyên nominal. Wekî din, nirxên pêkhateyên têkildar ji bo herêmên ku di Şekil 3e,f de hatine navnîş kirin, nayên wateya xirabûnek girîng an guherînek di pêkhateya her nimûneyê de ji herêmek bo herêmek din. Ev bi rastiya ku di pêkhateyê de ji herêmek bo herêmek din guherînek tune ye, tê îspat kirin. Ev yek nîşan dide ku tozên alloykirinê yên homojen hene, wekî ku di Tabloya 2an de tê xuyang kirin.
Mîkrografên FE-SEM ên berhema dawî ya toza Cu50(Zr50−xNix) piştî 50 caran MA hatin bidestxistin, wekî ku di Şekil 4a-d de tê nîşandan, ku x bi rêzê ve 10, 20, 30 û 40 at.% e. Piştî vê gava hûrkirinê, toz ji ber bandora van der Waals kom dibe, di encamê de kombûnên mezin çêdibin ku ji perçeyên ultrafîn ên bi qûtra ji 73 heta 126 nm pêk tên, wekî ku di Şekil 4 de tê nîşandan.
Taybetmendiyên morfolojîk ên tozên Cu50(Zr50−xNix) ên ku piştî 50 demjimêran dema MA hatine bidestxistin. Ji bo pergalên Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, wêneyên FE-SEM ên tozên ku piştî 50 demên MA hatine bidestxistin, bi rêzê ve di (a), (b), (c) û (d) de têne nîşandan.
Berî barkirina tozan nav firoşgehek spreya sar, ew pêşî 15 hûrdeman di etanola pola analîtîk de hatin sonîkkirin û dûv re 2 demjimêran di 150°C de hatin zuwakirin. Ev gav divê were avêtin da ku bi serkeftî li dijî kombûnê şer bike ku pir caran di tevahiya pêvajoya pêçandinê de gelek pirsgirêkên girîng çêdike. Piştî ku pêvajoya MA qediya, taybetmendiyên din hatin kirin da ku homojeniya tozên alloy were lêkolîn kirin. Wêne 5a-d mîkrografên FE-SEM û wêneyên EDS yên têkildar ên hêmanên alloykirina Cu, Zr û Ni yên alloy Cu50Zr30Ni20 nîşan dide ku piştî 50 demjimêran dema M hatine bidestxistin. Divê were zanîn ku tozên alloy ên piştî vê gavê têne hilberandin homojen in ji ber ku ew ji asta sub-nanometre wêdetir ti guherînên pêkhatî nîşan nadin, wekî ku di Wêne 5 de tê xuyang kirin.
Morfolojî û belavbûna hêmanî ya herêmî ya toza MG Cu50Zr30Ni20 ku piştî 50 caran MA bi rêya FE-SEM/spektroskopiya belavbûna enerjiyê ya tîrêjên X (EDS) hatiye bidestxistin.(a) Nexşerêya SEM û tîrêjên X EDS ya wêneyên (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα û (d) Ni-Kα.
Nimûneyên XRD yên tozên Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 û Cu50Zr20Ni30 yên bi alloyên mekanîkî hatine çêkirin ku piştî dema MA ya 50 demjimêran hatine bidestxistin, bi rêzê ve di Şekil 6a-d de têne nîşandan. Piştî vê qonaxa hûrkirinê, hemî nimûneyên bi konsantrasyonên Zr yên cûda avahiyên amorf bi şêwazên belavbûna halo yên taybetmendî yên ku di Şekil 6 de têne nîşandan nîşan dan.
Nimûneyên XRD yên (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 û (d) tozên Cu50Zr20Ni30 piştî dema MA ya 50 demjimêran. Bê îstîsna, hemî nimûneyan nimûneyek belavbûna halo nîşan dan, ku ev yek nîşan dide ku qonaxek amorf çêbûye.
Mîkroskopiya elektronê ya veguhestinê ya çareseriya bilind a belavbûna zeviyê (FE-HRTEM) ji bo çavdêrîkirina guhertinên avahîsaziyê û fêmkirina avahiya herêmî ya tozên ku ji frezkirina gogê di demên cûda yên MA de çêdibin hate bikar anîn. Wêneyên FE-HRTEM ên tozên ku piştî qonaxên destpêkê (6 demjimêr) û navîn (18 demjimêr) ên frezkirinê ji bo tozên Cu50Zr30Ni20 û Cu50Zr40Ni10 hatine bidestxistin, bi rêzê ve di Şekil 7a,c de têne nîşandan. Li gorî wêneya zeviya geş (BFI) ya toza ku piştî MA 6 demjimêran hatî hilberandin, toz ji dendikên mezin pêk tê ku sînorên wan ên baş-diyar ên hêmanên fcc-Cu, hcp-Zr û fcc-Ni hene, û ti nîşanek tune ku qonaxa reaksiyonê çêbûye, wekî ku di Şekil 7a de tê xuyang kirin. Wekî din, qaliba difraksiyona qada bijartî ya têkildar (SADP) ku ji herêma navîn a (a) hatî girtin qalibek difraksiyona kusp eşkere kir (Şekil 7b), ku hebûna krîstalîteyên mezin û nebûna qonaxek reaktîf nîşan dide.
Taybetmendiya avahiya herêmî ya toza MA ya ku piştî qonaxên destpêkê (6 demjimêr) û navîn (18 demjimêr) hatî bidestxistin. (a) Mîkroskopiya elektronê ya veguhestinê ya çareseriya bilind a emîsyona zeviyê (FE-HRTEM), û (b) qaliba difraksiyona qada bijartî ya têkildar (SADP) ya toza Cu50Zr30Ni20 piştî dermankirina MA ji bo 6 demjimêran. Wêneya FE-HRTEM ya Cu50Zr40Ni10 ya ku piştî demek MA ya 18 demjimêran hatî bidestxistin di (c) de tê nîşandan.
Wekî ku di Şekil 7c de tê xuyang kirin, dirêjkirina dema MA heta 18 demjimêran bû sedema kêmasiyên giran ên torê yên ku bi deformasyona plastîk re têkildar in. Di vê qonaxa navîn a pêvajoya MA de, toz kêmasiyên cûrbecûr nîşan dide, di nav de kêmasiyên komkirinê, kêmasiyên torê, û kêmasiyên xalî (Şekil 7). Ev kêmasî dibin sedema ku dendikên mezin li ser sînorên xwe yên dendikan bibin bindendikên bi mezinahiyên kêmtir ji 20 nm (Şekil 7c).
Pêkhateya herêmî ya toza Cu50Z30Ni20 ku ji bo 36 demjimêran MA hatiye hûrkirin, pêkhatina nanogenimên ultrafine yên ku di nav matrîkseke amorf a hûr de hatine bicihkirin, wekî ku di Şekil 8a de tê nîşandan, nîşan dide. Analîza EDS ya herêmî nîşan da ku ew nanoklûsterên ku di Şekil 8a de têne nîşandan, bi elementên alloykirina toza Cu, Zr û Ni yên nehatine pêvajokirin ve girêdayî ne. Di heman demê de, naveroka Cu ya matrîksê ji ~32 at.% (qada bêrûn) heta ~74 at.% (qada dewlemend) diguhere, ku pêkhatina berhemên heterojen nîşan dide. Wekî din, SADP-yên têkildar ên tozên ku piştî hûrkirinê di vê qonaxê de hatine bidestxistin, zengilên seretayî û duyemîn ên halo-belavker ên qonaxa amorf nîşan didin, ku bi xalên tûj ên bi wan elementên alloykirina xav ve girêdayî ne, wekî ku di Şekil 8b de tê nîşandan.
Taybetmendiyên avahîsaziyê yên herêmî yên di asta nanoskala nano ya toza 36 h-Cu50Zr30Ni20 de wêdetir. (a) Wêneya zeviya geş (BFI) û ya têkildar (b) SADP ya toza Cu50Zr30Ni20 ku piştî hûrkirinê ji bo 36 demjimêran dema MA hatî bidestxistin.
Nêzîkî dawiya pêvajoya MA (50 h), tozên Cu50(Zr50−xNix), X; 10, 20, 30 û 40 at.% bê guman morfolojiya qonaxa amorf a labîrentî heye wekî ku di Şekil 9a-d de tê xuyang kirin. Di SADP-ya têkildar a her pêkhateyê de, ne difraksiyonên xalî û ne jî şêweyên halqeyî yên tûj nehatin tespît kirin. Ev nîşan dide ku metalek krîstalî ya nepêvajoyî tune ye, lê belê tozek alloyek amorf çêdibe. Ev SADP-yên têkildar ên ku şêweyên belavbûna halo nîşan didin, wekî delîl ji bo pêşveçûna qonaxên amorf di materyalê hilbera dawîn de jî hatin bikar anîn.
Pêkhateya herêmî ya berhema dawî ya sîstema MG Cu50 (Zr50−xNix). FE-HRTEM û şablonên difraksiyona nanotîrêjê yên hevgirtî (NBDP) yên (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 û (d) Cu50Zr10Ni40 ku piştî 50 demjimêran MA hatine bidestxistin.
Aramiya germî ya germahiya veguherîna cama (Tg), herêma şileya bin sar (ΔTx) û germahiya krîstalîzasyonê (Tx) wekî fonksiyonek naveroka Ni (x) ya pergala amorf Cu50(Zr50−xNix) bi karanîna Kalorîmetriya şopandina cûdahiyê (DSC) ya taybetmendiyên di bin herikîna gaza He de hatiye lêkolîn kirin. Şopên DSC yên tozên hevbendiya amorf ên Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 û Cu50Zr10Ni40 ku piştî dema MA ya 50 demjimêran hatine bidestxistin, bi rêzê ve di Şekil 10a, b, e de têne nîşandan. Di heman demê de, xêza DSC ya Cu50Zr20Ni30 ya amorf di Şekil 10c de bi awayekî cuda tê nîşandan. Di vê navberê de, nimûneya Cu50Zr30Ni20 ku di DSC de heta ~700 °C hatiye germ kirin, di Şekil 10d de tê nîşandan.
Aramiya germî ya tozên Cu50(Zr50−xNix)MG yên ku piştî demek MA ya 50 demjimêran hatine bidestxistin, wekî ku ji hêla germahiya veguherîna cama (Tg), germahiya krîstalîzasyonê (Tx), û herêma şileya bin sar (ΔTx) ve hatî nîşankirin. Termogramên kalorîmetreya şopandina cûdahiyê (DSC) yên (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 û (e) tozên hevbendiya Cu50Zr10Ni40MG piştî demek MA ya 50 demjimêran. Nimûneya difraksiyona tîrêjên X (XRD) ya nimûneya Cu50Zr30Ni20 ku di DSC de heta ~700 °C hatiye germ kirin di (d) de tê nîşandan.
Wekî ku di Wêne 10 de tê xuyang kirin, xêzên DSC yên hemî pêkhateyan bi rêjeyên Ni yên cuda (x) du rewşên cûda nîşan didin, yek endotermîk û ya din jî eksotermîk. Bûyera endotermîk a yekem bi Tg re têkildar e, lê ya duyemîn bi Tx ve girêdayî ye. Herêma spana horizontal ku di navbera Tg û Tx de heye wekî herêma şileya binsarbûyî (ΔTx = Tx – Tg) tê binav kirin. Encam nîşan didin ku Tg û Tx ya nimûneya Cu50Zr40Ni10 (Wêne 10a), ku li 526°C û 612°C hatine danîn, naverokê (x) ber bi aliyê germahiya nizm a 482°C û 563°C ve diguhezînin bi zêdebûna naveroka Ni (x), wekî ku di Wêne 10b de tê xuyang kirin. Di encamê de, ΔTx ya Cu50Zr40Ni10 ji 86°C (Wêne 10a) dadikeve 81°C ji bo Cu50Zr30Ni20 (Wêne 10a) ber bi 81°C (Wêne 10a) ve diçe (Wêne 10b). 10b). Ji bo hevbendiya MG Cu50Zr40Ni10, her wiha hate dîtin ku nirxên Tg, Tx û ΔTx daketin asta 447°C, 526°C û 79°C (Wêne 10b). Ev nîşan dide ku zêdebûna naveroka Ni dibe sedema kêmbûna aramiya germî ya hevbendiya MG. Berevajî vê, nirxa Tg (507 °C) ya hevbendiya MG Cu50Zr20Ni30 ji ya hevbendiya MG Cu50Zr40Ni10 kêmtir e; lêbelê, Tx-ya wê nirxek berawirdî ya berê nîşan dide (612 °C). Ji ber vê yekê, ΔTx nirxek bilindtir nîşan dide (87°C), wekî ku di Wêne 10c de tê xuyang kirin.
Sîstema MG Cu50(Zr50−xNix), wekî mînaka hevbendiya MG Cu50Zr20Ni30, bi rêya lûtkeyeke tûj a exotermîk krîstalîze dibe nav qonaxên krîstal ên fcc-ZrCu5, ortorombîk-Zr7Cu10 û ortorombîk-ZrNi (Wêne 10c). Ev veguherîna qonaxa amorf ber bi krîstalî bi XRD ya nimûneya MG (Wêne 10d) ve hate piştrast kirin, ku di DSC de heta 700°C hate germ kirin.
Wêneya 11 wêneyên ku di dema pêvajoya spreya sar de hatine kişandin nîşan dide ku di vê xebatê de hatine kirin. Di vê lêkolînê de, perçeyên toza mîna cama metalî yên ku piştî dema MA ya 50 demjimêran hatine sentezkirin (mînak Cu50Zr20Ni30) wekî madeyên xav ên antîbakteriyal hatine bikar anîn, û plakaya pola zengarnegir (SUS304) bi teknolojiya spreya sar hatiye pêçandin. Rêbaza spreya sar ji bo pêçandinê di rêze teknolojiya spreya germî de hat hilbijartin ji ber ku ew rêbaza herî bibandor di rêzefîlma spreya germî de ye û dikare ji bo materyalên hesas ên germahiyê yên metalî yên metastabîl ên wekî tozên amorf û nanokristalîn, ku ne di bin veguherînên qonaxê de ne, were bikar anîn. Ev faktora sereke di hilbijartina vê rêbazê de ye. Pêvajoya spreya sar bi karanîna perçeyên leza bilind tê kirin ku enerjiya kînetîk a perçeyan vediguherînin deformasyona plastîk, zor û germê dema ku bi substratê an perçeyên berê hatine danîn.
Wêneyên meydanê prosedûra sprekirina sar nîşan didin ku ji bo pênc amadekariyên li pey hev ên pêçandina MG/SUS 304 di 550°C de tê bikar anîn.
Enerjiya kînetîk a perçeyan, û bi vî awayî momentuma her perçeyek di pêkhatina pêçanê de, divê bi rêya mekanîzmayên wekî deformasyona plastîk (têkiliyên destpêkê yên perçe û perçe-perçe di substratê de û têkiliyên perçeyan de), valahî, Konsolîzekirin, zivirîna perçe-perçe, zor û di dawiyê de germahî 39, veguhere formên din ên enerjiyê. Wekî din, heke ne hemî enerjiya kînetîk a hatî veguhere enerjiya germî û zorê, encam pevçûnek elastîk e, ku tê vê wateyê ku perçe piştî lêdanê tenê vedigerin. Hatiye destnîşan kirin ku 90% ji enerjiya lêdanê ya ku li ser materyalê perçe/substratê tê sepandin vediguhere germahiya herêmî 40. Wekî din, dema ku zexta lêdanê tê sepandin, rêjeyên zora plastîk ên bilind di herêma têkiliyê ya perçe/substratê de di demek pir kurt de têne bidestxistin 41,42.
Deformasyona plastîk bi gelemperî wekî pêvajoyek belavkirina enerjiyê, an jî bi taybetî, wekî çavkaniyek germê di herêma navrûyê de tê hesibandin. Lêbelê, zêdebûna germahiyê di herêma navrûyê de bi gelemperî ne bes e ku helîna navrûyê çêbike an jî belavbûna navrûyê ya atomî bi girîngî pêşve bibe. Ti weşanek ku ji hêla nivîskaran ve tê zanîn, bandora taybetmendiyên van tozên cama metalîk li ser zeliqandin û danîna tozê ku dema rêbazên spreya sar têne bikar anîn çêdibe, lêkolîn nake.
BFI ya toza hevbendiya MG Cu50Zr20Ni30 di Şekil 12a de tê dîtin, ku li ser substrata SUS 304 hatiye pêçandin (Şekil 11, 12b). Wekî ku ji wêneyê tê dîtin, tozên pêçandî avahiya xwe ya amorf a orîjînal diparêzin ji ber ku ew xwedî avahiyek labîrent a nazik in bêyî taybetmendiyên krîstalî an kêmasiyên torê. Ji hêla din ve, wêne hebûna qonaxek derveyî nîşan dide, wekî ku ji hêla nanopartikulên ku di nav matrîksa toza pêçayî ya MG de hatine bicîh kirin tê pêşniyar kirin (Şekil 12a). Şekil 12c qaliba difraksiyona nanotîrêjê ya endekskirî (NBDP) nîşan dide ku bi herêma I ve girêdayî ye (Şekil 12a). Wekî ku di Şekil 12c de tê xuyang kirin, NBDP qalibek belavbûna halo ya qels a avahiya amorf nîşan dide û bi perçeyên tûj ên ku bi qonaxa CuO ya metastabîl û çargoşeyî ya krîstalî ya mezin a kubîk re têkildar in re hevaheng e. Avabûna CuO dikare bi oksîdasyona tozê ve girêdayî be dema ku ji nozula çeka spreyê berbi SUS 304 di hewaya vekirî de di bin... herikîna supersonîk. Ji aliyekî din ve, devîtrîfîkasyona tozên cama metalîk piştî dermankirina bi spreya sar di 550 °C de ji bo 30 hûrdeman, pêkhatina qonaxên kubîk ên mezin bi dest xist.
(a) Wêneya FE-HRTEM ya toza MG ya li ser (b) substrata SUS 304 hatiye pêçandin (navbera wêneyê). Indeksa NBDP ya sembola dorhêl a di (a) de tê nîşandan di (c) de tê nîşandan.
Ji bo verastkirina vê mekanîzmaya potansiyel a çêbûna nanopartikulên Zr2Ni yên mezin ên kubîk, ceribandinek serbixwe hate kirin. Di vê ceribandinê de, toz bi çeka spreyê di 550 °C de ber bi substrata SUS 304 ve hatin rijandin; lêbelê, ji bo ronîkirina bandora germkirinê ya tozan, ew ji şerîta SUS304 bi qasî ku pêkan zû (nêzîkî 60 saniyeyan) hatin rakirin. Komek din a ceribandinan hate kirin ku tê de toz bi qasî 180 saniyeyan piştî danînê ji substratê hate rakirin.
Wêneyên 13a,b wêneyên qada tarî (DFI) nîşan didin ku bi mîkroskopiya elektrona veguhestina şopandinê (STEM) ya du materyalên sprekirî yên li ser substratên SUS 304 ji bo 60 s û 180 s hatine danîn, hatine bidestxistin. Wêneya tozê ya ku ji bo 60 saniyeyan hatiye danîn, hûrguliyên morfolojîk nînin, ku bêtaybetmendî nîşan dide (Wêne 13a). Ev yek bi XRD jî hate piştrast kirin, ku nîşan da ku avahiya giştî ya van tozan amorf bû, wekî ku ji hêla herî zêde ya difraksiyona seretayî û duyemîn a berfireh a di Wêne 14a de hatî nîşandan ve hatî destnîşan kirin. Ev nebûna barîna metastabîl/mezofaz nîşan didin, ku toz avahiya xwe ya amorf a orîjînal diparêze. Berevajî vê, toza ku di heman germahiyê de (550 °C) hatiye rijandin, lê ji bo 180 s li ser substratê hatiye hiştin, barîna dendikên nano-mezinahî nîşan da, wekî ku ji hêla tîrên di Wêne 13b de hatî nîşandan.