Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझर आवृत्तीला मर्यादित CSS सपोर्ट आहे. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अपडेटेड ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये कंपॅटिबिलिटी मोड अक्षम करा). दरम्यान, सतत सपोर्ट सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही साइटला स्टाईल आणि जावास्क्रिप्टशिवाय रेंडर करू.
विशेषतः वैद्यकीय उपकरणांच्या बाबतीत, दीर्घकालीन संसर्गाच्या विकासात बायोफिल्म्स हा एक महत्त्वाचा घटक आहे. ही समस्या वैद्यकीय समुदायासमोर एक मोठे आव्हान आहे, कारण मानक प्रतिजैविके केवळ मर्यादित प्रमाणात बायोफिल्म्स नष्ट करू शकतात. बायोफिल्म निर्मिती रोखण्यासाठी विविध कोटिंग पद्धती आणि नवीन साहित्य विकसित झाले आहेत. या तंत्रांचा उद्देश पृष्ठभागावर अशा प्रकारे कोटिंग करणे आहे ज्यामुळे बायोफिल्म तयार होण्यास प्रतिबंध होतो. काचेच्या धातूंचे मिश्रधातू, विशेषतः तांबे आणि टायटॅनियम धातू असलेले, आदर्श अँटीमायक्रोबियल कोटिंग्ज बनले आहेत. त्याच वेळी, तापमान संवेदनशील पदार्थांवर प्रक्रिया करण्यासाठी ही एक योग्य पद्धत असल्याने कोल्ड स्प्रे तंत्रज्ञानाचा वापर वाढला आहे. या संशोधनाच्या उद्दिष्टाचा एक भाग म्हणजे यांत्रिक मिश्रधातू तंत्रांचा वापर करून Cu-Zr-Ni टर्नरीपासून बनलेला एक नवीन अँटीबॅक्टेरियल फिल्म मेटॅलिक ग्लास विकसित करणे. अंतिम उत्पादन बनवणारा गोलाकार पावडर कमी तापमानात स्टेनलेस स्टीलच्या पृष्ठभागावर थंड फवारणीसाठी कच्चा माल म्हणून वापरला जातो. धातूच्या काचेचे लेपित सब्सट्रेट्स स्टेनलेस स्टीलच्या तुलनेत बायोफिल्म निर्मिती कमीत कमी 1 लॉगने लक्षणीयरीत्या कमी करण्यास सक्षम होते.
मानवी इतिहासात, कोणताही समाज त्याच्या विशिष्ट गरजा पूर्ण करण्यासाठी नवीन साहित्य विकसित करण्यास आणि त्यांचा वापर करण्यास प्रोत्साहित करण्यास सक्षम राहिला आहे, ज्यामुळे जागतिकीकृत अर्थव्यवस्थेत उत्पादकता आणि रँकिंग वाढले आहे. हे नेहमीच साहित्य आणि उत्पादन उपकरणे डिझाइन करण्याची मानवी क्षमता तसेच आरोग्य, शिक्षण, उद्योग, अर्थशास्त्र, संस्कृती आणि इतर क्षेत्रे एका देशातून दुसऱ्या प्रदेशात साध्य करण्यासाठी साहित्य तयार करण्यासाठी आणि वैशिष्ट्यीकृत करण्यासाठी डिझाइनला श्रेय दिले जाते. प्रगती देश किंवा प्रदेशाकडे दुर्लक्ष करून मोजली जाते. 60 वर्षांपासून, साहित्य शास्त्रज्ञांनी एका मुख्य कार्यासाठी बराच वेळ दिला आहे: नवीन आणि प्रगत साहित्याचा शोध. अलीकडील संशोधनात विद्यमान साहित्याची गुणवत्ता आणि कार्यक्षमता सुधारण्यावर तसेच पूर्णपणे नवीन प्रकारच्या साहित्याचे संश्लेषण आणि शोध करण्यावर लक्ष केंद्रित केले आहे.
मिश्रधातू घटकांची भर, पदार्थाच्या सूक्ष्मसंरचनेत बदल आणि थर्मल, मेकॅनिकल किंवा थर्मोमेकॅनिकल उपचार पद्धतींचा वापर यामुळे विविध पदार्थांच्या यांत्रिक, रासायनिक आणि भौतिक गुणधर्मांमध्ये लक्षणीय सुधारणा झाली आहे. याव्यतिरिक्त, आतापर्यंत अज्ञात संयुगे यशस्वीरित्या संश्लेषित केले गेले आहेत. या सततच्या प्रयत्नांमुळे प्रगत पदार्थ म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या नाविन्यपूर्ण पदार्थांच्या एका नवीन कुटुंबाचा उदय झाला आहे. नॅनोक्रिस्टल्स, नॅनोपार्टिकल्स, नॅनोट्यूब, क्वांटम डॉट्स, शून्य-आयामी, आकारहीन धातूचे चष्मे आणि उच्च-एंट्रोपी मिश्रधातू ही गेल्या शतकाच्या मध्यापासून जगात दिसणाऱ्या प्रगत पदार्थांची काही उदाहरणे आहेत. अंतिम उत्पादनात आणि त्याच्या उत्पादनाच्या मध्यवर्ती टप्प्यात सुधारित गुणधर्मांसह नवीन मिश्रधातूंच्या निर्मिती आणि विकासात, असंतुलनाची समस्या अनेकदा जोडली जाते. समतोलतेपासून लक्षणीय विचलनांना अनुमती देणाऱ्या नवीन उत्पादन तंत्रांच्या परिचयाच्या परिणामी, धातूचे चष्मे म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या मेटास्टेबल मिश्रधातूंचा एक संपूर्ण नवीन वर्ग शोधला गेला आहे.
१९६० मध्ये कॅल्टेक येथे त्यांनी केलेल्या कामामुळे धातूंच्या मिश्रधातूंच्या संकल्पनेत क्रांती घडून आली जेव्हा त्यांनी जवळजवळ दहा लाख अंश प्रति सेकंद वेगाने द्रव पदार्थांचे घनीकरण करून Au-25 at.% Si काचेच्या मिश्रधातूंचे संश्लेषण केले. ४ प्राध्यापक पॉल ड्यूव्हस यांच्या शोधामुळे केवळ धातूच्या काचेच्या (MS) इतिहासाची सुरुवात झाली नाही तर लोक धातूंच्या मिश्रधातूंबद्दल कसे विचार करतात यातही एक मोठा बदल झाला. MS मिश्रधातूंच्या संश्लेषणातील पहिल्याच अग्रगण्य संशोधनापासून, जवळजवळ सर्व धातूचे चष्मे खालीलपैकी एका पद्धतीचा वापर करून पूर्णपणे प्राप्त केले गेले आहेत: (i) वितळणे किंवा बाष्पाचे जलद घनीकरण, (ii) अणु जाळीचा विकार, (iii) शुद्ध धातू घटकांमधील घन-अवस्था अमॉर्फिझेशन प्रतिक्रिया आणि (iv) मेटास्टेबल टप्प्यांचे घन टप्प्याचे संक्रमण.
MGs मध्ये क्रिस्टल्सशी संबंधित लांब पल्ल्याच्या अणुक्रमाचा अभाव असतो, जो क्रिस्टल्सचे एक निश्चित वैशिष्ट्य आहे. आधुनिक जगात, धातूच्या काचेच्या क्षेत्रात मोठी प्रगती झाली आहे. हे मनोरंजक गुणधर्म असलेले नवीन साहित्य आहे जे केवळ घन स्थिती भौतिकशास्त्रासाठीच नाही तर धातूशास्त्र, पृष्ठभाग रसायनशास्त्र, तंत्रज्ञान, जीवशास्त्र आणि इतर अनेक क्षेत्रांसाठी देखील मनोरंजक आहेत. या नवीन प्रकारच्या साहित्यात असे गुणधर्म आहेत जे कठीण धातूंपेक्षा वेगळे आहेत, ज्यामुळे ते विविध क्षेत्रात तांत्रिक अनुप्रयोगांसाठी एक मनोरंजक उमेदवार बनते. त्यांचे काही महत्त्वाचे गुणधर्म आहेत: (i) उच्च यांत्रिक लवचिकता आणि उत्पन्न शक्ती, (ii) उच्च चुंबकीय पारगम्यता, (iii) कमी जबरदस्ती, (iv) असामान्य गंज प्रतिकार, (v) तापमान स्वातंत्र्य. चालकता 6.7.
यांत्रिक मिश्रधातू (MA)1,8 ही तुलनेने नवीन पद्धत आहे, जी पहिल्यांदा १९८३९ मध्ये प्रो. के. के. कोक आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी सादर केली. त्यांनी खोलीच्या तापमानाच्या अगदी जवळच्या वातावरणीय तापमानावर शुद्ध घटकांचे मिश्रण बारीक करून आकारहीन Ni60Nb40 पावडर तयार केले. सामान्यतः, MA अभिक्रिया ही अणुभट्टीमध्ये, सामान्यतः स्टेनलेस स्टीलपासून बनवलेल्या, अभिक्रियाक पावडरच्या प्रसार बंधनादरम्यान बॉल मिलमध्ये केली जाते. १० (आकृती १अ, ब). तेव्हापासून, या यांत्रिकरित्या प्रेरित घन स्थिती अभिक्रिया पद्धतीचा वापर कमी (आकृती १क) आणि उच्च ऊर्जा असलेल्या बॉल मिल आणि रॉड मिल वापरून नवीन आकारहीन/धातूच्या काचेच्या मिश्रधातू पावडर तयार करण्यासाठी केला जात आहे. ११,१२,१३,१४,१५,१६. विशेषतः, ही पद्धत Cu-Ta17 सारख्या अविभाज्य प्रणाली तसेच Al-ट्रान्झिशन मेटल (TM, Zr, Hf, Nb आणि Ta) १८,१९ आणि Fe-W20 प्रणालींसारख्या उच्च वितळण्याच्या बिंदू मिश्रधातू तयार करण्यासाठी वापरली गेली आहे. , जे पारंपारिक स्वयंपाक पद्धती वापरून मिळवता येत नाही. याव्यतिरिक्त, एमए हे धातूच्या ऑक्साईड्स, कार्बाइड्स, नायट्राइड्स, हायड्राइड्स, कार्बन नॅनोट्यूब्स, नॅनोडायमंड्सच्या नॅनोक्रिस्टलाइन आणि नॅनोकंपोझिट पावडर कणांच्या औद्योगिक प्रमाणात उत्पादनासाठी तसेच टॉप-डाउन दृष्टिकोन वापरून व्यापक स्थिरीकरणासाठी सर्वात शक्तिशाली नॅनोटेक्नॉलॉजिकल साधनांपैकी एक मानले जाते. १ आणि मेटास्टेबल टप्पे.
या अभ्यासात Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 धातूचे काचेचे आवरण तयार करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या फॅब्रिकेशन पद्धतीचे आराखडे दाखवतात. (a) कमी-ऊर्जेच्या बॉल मिलिंग पद्धतीचा वापर करून Ni x (x; 10, 20, 30, आणि 40 at.%) च्या विविध सांद्रतेसह MC मिश्र धातु पावडर तयार करणे. (a) सुरुवातीचे साहित्य टूल स्टील बॉलसह टूल सिलेंडरमध्ये लोड केले जाते आणि (b) He वातावरणाने भरलेल्या ग्लोव्ह बॉक्समध्ये सील केले जाते. (c) ग्राइंडिंग दरम्यान बॉलची हालचाल दर्शविणारे ग्राइंडिंग व्हेसलचे पारदर्शक मॉडेल. 50 तासांनंतर मिळालेले अंतिम पावडर उत्पादन SUS 304 सब्सट्रेट (d) वर कोल्ड स्प्रे कोटिंग करण्यासाठी वापरले गेले.
जेव्हा मोठ्या प्रमाणात सामग्रीच्या पृष्ठभागांचा (सब्सट्रेट्स) विचार केला जातो तेव्हा पृष्ठभाग अभियांत्रिकीमध्ये मूळ मोठ्या प्रमाणात सामग्रीमध्ये नसलेल्या काही भौतिक, रासायनिक आणि तांत्रिक गुणधर्म प्रदान करण्यासाठी पृष्ठभागांचे (सब्सट्रेट्स) डिझाइन आणि सुधारणा समाविष्ट असते. पृष्ठभागाच्या उपचारांद्वारे प्रभावीपणे सुधारता येणारे काही गुणधर्म म्हणजे घर्षण, ऑक्सिडेशन आणि गंज प्रतिरोध, घर्षण गुणांक, जैव जडत्व, विद्युत गुणधर्म आणि थर्मल इन्सुलेशन. धातूशास्त्रीय, यांत्रिक किंवा रासायनिक पद्धतींनी पृष्ठभागाची गुणवत्ता सुधारता येते. एक सुप्रसिद्ध प्रक्रिया म्हणून, कोटिंग म्हणजे दुसऱ्या सामग्रीपासून बनवलेल्या मोठ्या प्रमाणात वस्तूच्या (सब्सट्रेट) पृष्ठभागावर कृत्रिमरित्या लावलेल्या सामग्रीचे एक किंवा अधिक थर. अशा प्रकारे, कोटिंग्जचा वापर अंशतः इच्छित तांत्रिक किंवा सजावटीचे गुणधर्म साध्य करण्यासाठी तसेच पर्यावरणाशी अपेक्षित रासायनिक आणि भौतिक परस्परसंवादापासून सामग्रीचे संरक्षण करण्यासाठी केला जातो.23.
काही मायक्रोमीटर (१०-२० मायक्रोमीटरपेक्षा कमी) पासून ३० मायक्रोमीटरपेक्षा जास्त किंवा अगदी काही मिलीमीटर जाडीपर्यंत योग्य संरक्षणात्मक थर लावण्यासाठी विविध पद्धती आणि तंत्रे वापरली जाऊ शकतात. सर्वसाधारणपणे, कोटिंग प्रक्रिया दोन श्रेणींमध्ये विभागल्या जाऊ शकतात: (i) ओल्या कोटिंग पद्धती, ज्यामध्ये इलेक्ट्रोप्लेटिंग, इलेक्ट्रोप्लेटिंग आणि हॉट डिप गॅल्वनायझिंग यांचा समावेश आहे, आणि (ii) कोरड्या कोटिंग पद्धती, ज्यामध्ये सोल्डरिंग, हार्डफेसिंग, भौतिक वाष्प निक्षेपण (PVD) यांचा समावेश आहे. ), रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD), थर्मल स्प्रे तंत्रे आणि अलिकडे थंड स्प्रे तंत्रे २४ (आकृती १d).
बायोफिल्म्सची व्याख्या सूक्ष्मजीव समुदाय म्हणून केली जाते जे पृष्ठभागांशी अपरिवर्तनीयपणे जोडलेले असतात आणि स्वयं-निर्मित बाह्य पेशीय पॉलिमर (EPS) ने वेढलेले असतात. वरवरच्या परिपक्व बायोफिल्मच्या निर्मितीमुळे अन्न प्रक्रिया, पाणी प्रणाली आणि आरोग्यसेवा यासह अनेक उद्योगांमध्ये लक्षणीय नुकसान होऊ शकते. मानवांमध्ये, बायोफिल्म्सच्या निर्मितीसह, सूक्ष्मजीव संसर्गाच्या 80% पेक्षा जास्त प्रकरणांमध्ये (एंटेरोबॅक्टेरियासी आणि स्टॅफिलोकोकीसह) उपचार करणे कठीण होते. याव्यतिरिक्त, परिपक्व बायोफिल्म्स प्लँक्टोनिक बॅक्टेरिया पेशींच्या तुलनेत प्रतिजैविक उपचारांना 1000 पट जास्त प्रतिरोधक असल्याचे नोंदवले गेले आहे, जे एक प्रमुख उपचारात्मक आव्हान मानले जाते. ऐतिहासिकदृष्ट्या, सामान्य सेंद्रिय संयुगांपासून मिळवलेल्या प्रतिजैविक पृष्ठभागाच्या आवरण सामग्रीचा वापर केला गेला आहे. जरी अशा सामग्रीमध्ये बहुतेकदा मानवांसाठी संभाव्यतः हानिकारक विषारी घटक असतात, 25,26 हे बॅक्टेरियाचे संक्रमण आणि सामग्रीचे क्षय टाळण्यास मदत करू शकते.
बायोफिल्म निर्मितीमुळे अँटीबायोटिक उपचारांना बॅक्टेरियाच्या व्यापक प्रतिकारामुळे एक प्रभावी अँटीमायक्रोबियल झिल्ली लेपित पृष्ठभाग विकसित करण्याची आवश्यकता निर्माण झाली आहे जी सुरक्षितपणे लागू केली जाऊ शकते27. भौतिक किंवा रासायनिक अँटी-अ‍ॅडेसिव्ह पृष्ठभागाचा विकास ज्याला बॅक्टेरियाच्या पेशी चिकटपणामुळे बांधू शकत नाहीत आणि बायोफिल्म तयार करू शकत नाहीत हा या प्रक्रियेतील पहिला दृष्टिकोन आहे27. दुसरे तंत्रज्ञान म्हणजे असे कोटिंग्ज विकसित करणे जे अँटीमायक्रोबियल रसायने आवश्यक असलेल्या ठिकाणी, अत्यंत केंद्रित आणि अनुकूलित प्रमाणात पोहोचवतात. हे ग्राफीन/जर्मेनियम28, ब्लॅक डायमंड29 आणि ZnO30-डोप्ड डायमंड-सारखे कार्बन कोटिंग्ज सारख्या अद्वितीय कोटिंग सामग्रीच्या विकासाद्वारे साध्य केले जाते जे बॅक्टेरियांना प्रतिरोधक असतात, एक तंत्रज्ञान जे बायोफिल्म निर्मितीमुळे विषारीपणा आणि प्रतिकारशक्तीचा विकास जास्तीत जास्त करते. याव्यतिरिक्त, जीवाणूजन्य दूषिततेपासून दीर्घकालीन संरक्षण प्रदान करणारे जंतुनाशक रसायने असलेले कोटिंग्ज वाढत्या प्रमाणात लोकप्रिय होत आहेत. तिन्ही प्रक्रिया लेपित पृष्ठभागावर अँटीमायक्रोबियल क्रियाकलाप करण्यास सक्षम असताना, प्रत्येकाच्या स्वतःच्या मर्यादा आहेत ज्या अनुप्रयोग धोरण विकसित करताना विचारात घेतल्या पाहिजेत.
सध्या बाजारात उपलब्ध असलेल्या उत्पादनांमध्ये जैविक दृष्ट्या सक्रिय घटकांसाठी संरक्षणात्मक कोटिंग्जचे विश्लेषण आणि चाचणी करण्यासाठी वेळेचा अभाव असल्याने अडचणी येतात. कंपन्यांचा दावा आहे की त्यांची उत्पादने वापरकर्त्यांना इच्छित कार्यात्मक पैलू प्रदान करतील, तथापि, सध्या बाजारात उपलब्ध असलेल्या उत्पादनांच्या यशात हे एक अडथळा बनले आहे. ग्राहकांना सध्या उपलब्ध असलेल्या बहुतेक अँटीमायक्रोबियलमध्ये चांदीपासून मिळवलेले संयुगे वापरले जातात. ही उत्पादने वापरकर्त्यांना सूक्ष्मजीवांच्या संभाव्य हानिकारक संपर्कापासून संरक्षण करण्यासाठी डिझाइन केलेली आहेत. विलंबित अँटीमायक्रोबियल प्रभाव आणि चांदीच्या संयुगांची संबंधित विषाक्तता संशोधकांवर कमी हानिकारक पर्याय विकसित करण्यासाठी दबाव वाढवते36,37. आत आणि बाहेर काम करणारा जागतिक अँटीमायक्रोबियल कोटिंग तयार करणे हे एक आव्हान आहे. हे संबंधित आरोग्य आणि सुरक्षिततेच्या धोक्यांसह येते. मानवांसाठी कमी हानिकारक असलेल्या अँटीमायक्रोबियल एजंटचा शोध घेणे आणि ते जास्त काळ टिकणाऱ्या कोटिंग सब्सट्रेट्समध्ये कसे समाविष्ट करायचे हे शोधणे हे एक अतिशय मागणी असलेले ध्येय आहे38. नवीनतम अँटीमायक्रोबियल आणि अँटीबायोफिल्म साहित्य थेट संपर्काद्वारे किंवा सक्रिय एजंट सोडल्यानंतर जवळून बॅक्टेरिया मारण्यासाठी डिझाइन केलेले आहे. ते सुरुवातीच्या बॅक्टेरियाच्या आसंजनाला रोखून (पृष्ठभागावर प्रथिन थर तयार होण्यास प्रतिबंध करण्यासह) किंवा पेशी भिंतीमध्ये हस्तक्षेप करून बॅक्टेरिया मारून हे करू शकतात.
मूलतः, पृष्ठभागाचे आवरण म्हणजे पृष्ठभागाची वैशिष्ट्ये सुधारण्यासाठी घटकाच्या पृष्ठभागावर दुसरा थर लावण्याची प्रक्रिया. पृष्ठभागाच्या आवरणाचा उद्देश घटकाच्या जवळच्या पृष्ठभागाच्या प्रदेशाची सूक्ष्म रचना आणि/किंवा रचना बदलणे आहे39. पृष्ठभागाच्या आवरणाच्या पद्धती वेगवेगळ्या पद्धतींमध्ये विभागल्या जाऊ शकतात, ज्याचा सारांश आकृती 2a मध्ये दिला आहे. आवरण तयार करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या पद्धतीनुसार आवरणांना थर्मल, रासायनिक, भौतिक आणि इलेक्ट्रोकेमिकल श्रेणींमध्ये विभागले जाऊ शकते.
(अ) मुख्य पृष्ठभाग निर्मिती तंत्रे आणि (ब) कोल्ड स्प्रे पद्धतीचे निवडक फायदे आणि तोटे दर्शविणारा एक इनसेट.
कोल्ड स्प्रे तंत्रज्ञानामध्ये पारंपारिक थर्मल स्प्रे तंत्रांमध्ये बरेच साम्य आहे. तथापि, काही प्रमुख मूलभूत गुणधर्म देखील आहेत जे कोल्ड स्प्रे प्रक्रिया आणि कोल्ड स्प्रे साहित्य विशेषतः अद्वितीय बनवतात. कोल्ड स्प्रे तंत्रज्ञान अद्याप बाल्यावस्थेत आहे, परंतु त्याचे भविष्य उत्तम आहे. काही प्रकरणांमध्ये, कोल्ड स्प्रेचे अद्वितीय गुणधर्म पारंपारिक थर्मल स्प्रे तंत्रांच्या मर्यादांवर मात करून मोठे फायदे देतात. ते पारंपारिक थर्मल स्प्रे तंत्रज्ञानाच्या महत्त्वपूर्ण मर्यादांवर मात करते, ज्यामध्ये सब्सट्रेटवर पावडर वितळवावी लागते. स्पष्टपणे, ही पारंपारिक कोटिंग प्रक्रिया नॅनोक्रिस्टल्स, नॅनोपार्टिकल्स, अनाकार आणि धातूचे ग्लासेस 40, 41, 42 सारख्या अत्यंत तापमान संवेदनशील पदार्थांसाठी योग्य नाही. याव्यतिरिक्त, थर्मल स्प्रे कोटिंग सामग्रीमध्ये नेहमीच उच्च पातळीचे सच्छिद्रता आणि ऑक्साइड असतात. कोल्ड स्प्रे तंत्रज्ञानाचे थर्मल स्प्रे तंत्रज्ञानापेक्षा अनेक महत्त्वपूर्ण फायदे आहेत, जसे की (i) सब्सट्रेटमध्ये किमान उष्णता इनपुट, (ii) सब्सट्रेट कोटिंग निवडण्यात लवचिकता, (iii) फेज ट्रान्सफॉर्मेशन आणि धान्य वाढ नाही, (iv) उच्च चिकट शक्ती1 .39 (आकृती 2b). याव्यतिरिक्त, कोल्ड स्प्रे कोटिंग मटेरियलमध्ये उच्च गंज प्रतिरोधकता, उच्च शक्ती आणि कडकपणा, उच्च विद्युत चालकता आणि उच्च घनता असते41. कोल्ड स्प्रे प्रक्रियेचे फायदे असूनही, या पद्धतीमध्ये अजूनही काही तोटे आहेत, जसे की आकृती 2b मध्ये दर्शविले आहे. Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, इत्यादी शुद्ध सिरेमिक पावडर कोटिंग करताना, कोल्ड स्प्रे पद्धत वापरली जाऊ शकत नाही. दुसरीकडे, सिरेमिक/मेटल कंपोझिट पावडर कोटिंगसाठी कच्चा माल म्हणून वापरता येतात. इतर थर्मल स्प्रे पद्धतींसाठीही हेच आहे. कठीण पृष्ठभाग आणि पाईप इंटीरियर अजूनही फवारणी करणे कठीण आहे.
सध्याचे काम कोटिंग्जसाठी सुरुवातीच्या साहित्य म्हणून धातूच्या काचेच्या पावडरचा वापर करण्यावर केंद्रित आहे हे लक्षात घेता, हे स्पष्ट आहे की या उद्देशासाठी पारंपारिक थर्मल फवारणीचा वापर केला जाऊ शकत नाही. हे धातूच्या काचेच्या पावडर उच्च तापमानात स्फटिक बनतात या वस्तुस्थितीमुळे आहे.
वैद्यकीय आणि अन्न उद्योगांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या बहुतेक उपकरणांमध्ये ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील मिश्रधातू (SUS316 आणि SUS304) असतात ज्यात शस्त्रक्रिया उपकरणांच्या निर्मितीसाठी क्रोमियमचे प्रमाण 12 ते 20 wt.% असते. स्टील मिश्रधातूंमध्ये क्रोमियम धातूचा मिश्रधातू म्हणून वापर केल्याने मानक स्टील मिश्रधातूंच्या गंज प्रतिकारशक्तीत लक्षणीय सुधारणा होऊ शकते हे सामान्यतः मान्य केले जाते. स्टेनलेस स्टील मिश्रधातूंमध्ये, उच्च गंज प्रतिकार असूनही, लक्षणीय प्रतिजैविक गुणधर्म नसतात38,39. हे त्यांच्या उच्च गंज प्रतिकारशक्तीशी विरोधाभास करते. त्यानंतर, संसर्ग आणि जळजळ होण्याचा अंदाज लावणे शक्य आहे, जे प्रामुख्याने स्टेनलेस स्टील बायोमटेरियलच्या पृष्ठभागावर बॅक्टेरियाच्या आसंजन आणि वसाहतीकरणामुळे होते. बॅक्टेरियाच्या आसंजन आणि बायोफिल्म निर्मिती मार्गांशी संबंधित महत्त्वपूर्ण अडचणींमुळे महत्त्वपूर्ण अडचणी उद्भवू शकतात, ज्यामुळे खराब आरोग्य होऊ शकते, ज्याचे अनेक परिणाम होऊ शकतात जे थेट किंवा अप्रत्यक्षपणे मानवी आरोग्यावर परिणाम करू शकतात.
हा अभ्यास कुवेत फाउंडेशन फॉर द अॅडव्हान्समेंट ऑफ सायन्स (KFAS), करार क्रमांक २०१०-५५०४०१ द्वारे निधी प्राप्त प्रकल्पाचा पहिला टप्पा आहे, जो MA तंत्रज्ञानाचा वापर करून धातूच्या काचेच्या Cu-Zr-Ni टर्नरी पावडर तयार करण्याची व्यवहार्यता तपासण्यासाठी आहे (सारणी). १) SUS304 अँटीबॅक्टेरियल पृष्ठभाग संरक्षण फिल्म/कोटिंगच्या उत्पादनासाठी. जानेवारी २०२३ मध्ये सुरू होणाऱ्या प्रकल्पाच्या दुसऱ्या टप्प्यात, गॅल्व्हॅनिक गंज वैशिष्ट्ये आणि प्रणालीच्या यांत्रिक गुणधर्मांचा तपशीलवार अभ्यास केला जाईल. विविध प्रकारच्या जीवाणूंसाठी तपशीलवार सूक्ष्मजीववैज्ञानिक चाचण्या केल्या जातील.
या लेखात आकारिकीय आणि संरचनात्मक वैशिष्ट्यांवर आधारित काच तयार करण्याच्या क्षमतेवर (GFA) Zr मिश्रधातूंच्या प्रभावाची चर्चा केली आहे. याव्यतिरिक्त, पावडर लेपित धातूच्या काचेच्या/SUS304 संमिश्राच्या जीवाणूरोधी गुणधर्मांवर देखील चर्चा करण्यात आली. याव्यतिरिक्त, बनावट धातूच्या काचेच्या प्रणालींच्या सुपरकूल्ड द्रव प्रदेशात थंड फवारणी दरम्यान होणाऱ्या धातूच्या काचेच्या पावडरच्या संरचनात्मक परिवर्तनाची शक्यता तपासण्यासाठी चालू काम केले गेले आहे. या अभ्यासात Cu50Zr30Ni20 आणि Cu50Zr20Ni30 धातूच्या काचेच्या मिश्रधातूंचा वापर प्रातिनिधिक उदाहरणे म्हणून करण्यात आला.
हा विभाग कमी-ऊर्जेच्या बॉल मिलिंग दरम्यान मूलद्रव्य Cu, Zr आणि Ni च्या पावडरमध्ये होणारे आकारिकीय बदल सादर करतो. Cu50Zr20Ni30 आणि Cu50Zr40Ni10 असलेल्या दोन वेगवेगळ्या प्रणाली उदाहरण म्हणून वापरल्या जातील. ग्राइंडिंग टप्प्यात मिळालेल्या पावडरच्या मेटॅलोग्राफिक वैशिष्ट्यीकरणाद्वारे (आकृती 3) एमए प्रक्रिया तीन स्वतंत्र टप्प्यात विभागली जाऊ शकते.
बॉल ग्राइंडिंगच्या विविध टप्प्यांनंतर मिळवलेल्या यांत्रिक मिश्रधातूंच्या पावडरची (MA) मेटॅलोग्राफिक वैशिष्ट्ये. 3, 12 आणि 50 तासांसाठी कमी उर्जेच्या बॉल मिलिंगनंतर मिळवलेल्या MA आणि Cu50Zr40Ni10 पावडरच्या फील्ड एमिशन स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (FE-SEM) प्रतिमा Cu50Zr20Ni30 प्रणालीसाठी (a), (c) आणि (e) मध्ये दर्शविल्या आहेत, तर त्याच MA वर आहेत. वेळेनंतर घेतलेल्या Cu50Zr40Ni10 प्रणालीच्या संबंधित प्रतिमा (b), (d) आणि (f) मध्ये दर्शविल्या आहेत.
बॉल मिलिंग दरम्यान, धातूच्या पावडरमध्ये हस्तांतरित करता येणारी प्रभावी गतिज ऊर्जा आकृती 1a मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, पॅरामीटर्सच्या संयोजनामुळे प्रभावित होते. यामध्ये बॉल आणि पावडरमधील टक्कर, ग्राइंडिंग मीडियामध्ये किंवा दरम्यान अडकलेल्या पावडरचे शीअर कॉम्प्रेशन, पडणाऱ्या बॉलमुळे होणारे आघात, बॉल मिलच्या हालणाऱ्या बॉडीजमधील पावडर ड्रॅगमुळे होणारे शीअर आणि झीज आणि लोडेड कल्चरमधून पसरणाऱ्या पडणाऱ्या बॉलमधून जाणारी शॉक वेव्ह यांचा समावेश आहे (आकृती 1a). Элементарные порошки Cu, Zr и Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на ранней стадии МА (3 ч), что привебракобокурбоку деформированы частиц порошка (> 1 мм в диаметре). MA (3 h) च्या सुरुवातीच्या टप्प्यात कोल्ड वेल्डिंगमुळे मूलभूत Cu, Zr आणि Ni पावडर गंभीरपणे विकृत झाले होते, ज्यामुळे मोठे पावडर कण (> 1 मिमी व्यासाचे) तयार झाले.हे मोठे संमिश्र कण आकृती 3a,b मध्ये दाखवल्याप्रमाणे मिश्रधातूंच्या जाड थरांच्या निर्मितीद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहेत (Cu, Zr, Ni). MA वेळेत 12 तास (मध्यवर्ती टप्प्यात) वाढ झाल्यामुळे बॉल मिलच्या गतिज उर्जेत वाढ झाली, ज्यामुळे संमिश्र पावडरचे विघटन लहान पावडरमध्ये (200 μm पेक्षा कमी) झाले, जसे आकृती 3c, शहर मध्ये दाखवले आहे. या टप्प्यावर, लागू केलेल्या कातरण्याच्या शक्तीमुळे आकृती 3c, d मध्ये दाखवल्याप्रमाणे पातळ Cu, Zr, Ni संकेत थरांसह एक नवीन धातूचा पृष्ठभाग तयार होतो. फ्लेक्सच्या इंटरफेसवर थरांचे पीस केल्यामुळे, नवीन टप्प्यांच्या निर्मितीसह घन-फेज प्रतिक्रिया होतात.
एमए प्रक्रियेच्या चरमसीमेवर (५० तासांनंतर), फ्लेक मेटॅलोग्राफी क्वचितच लक्षात येण्यासारखी होती (आकृती ३ई, फ), आणि पावडरच्या पॉलिश केलेल्या पृष्ठभागावर मिरर मेटॅलोग्राफी दिसून आली. याचा अर्थ असा की एमए प्रक्रिया पूर्ण झाली आणि एकच अभिक्रिया टप्पा तयार झाला. आकृती ३ई (I, II, III), f, v, vi) मध्ये दर्शविलेल्या प्रदेशांची मूलभूत रचना ऊर्जा विखुरणाऱ्या एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) (IV) सह एकत्रितपणे फील्ड एमिशन स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (FE-SEM) वापरून निश्चित केली गेली.
तक्ता २ मध्ये मिश्रधातूंच्या घटकांची सांद्रता आकृती ३e, f मध्ये निवडलेल्या प्रत्येक प्रदेशाच्या एकूण वस्तुमानाच्या टक्केवारी म्हणून दर्शविली आहे. तक्ता १ मध्ये दिलेल्या Cu50Zr20Ni30 आणि Cu50Zr40Ni10 च्या प्रारंभिक नाममात्र रचनांशी या निकालांची तुलना केल्यास असे दिसून येते की या दोन अंतिम उत्पादनांच्या रचना नाममात्र रचनांच्या अगदी जवळ आहेत. याव्यतिरिक्त, आकृती ३e, f मध्ये सूचीबद्ध केलेल्या प्रदेशांसाठी घटकांची सापेक्ष मूल्ये प्रत्येक नमुन्याच्या एका प्रदेशातून दुसऱ्या प्रदेशात रचनेत लक्षणीय बिघाड किंवा फरक सूचित करत नाहीत. एका प्रदेशातून दुसऱ्या प्रदेशात रचनेत कोणताही बदल होत नाही या वस्तुस्थितीवरून हे सिद्ध होते. हे तक्ता २ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे एकसमान मिश्रधातू पावडरचे उत्पादन दर्शवते.
आकृती 4a-d मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, Cu50(Zr50-xNix) अंतिम उत्पादन पावडरचे FE-SEM मायक्रोग्राफ 50 MA वेळा नंतर प्राप्त झाले, जिथे x अनुक्रमे 10, 20, 30 आणि 40 at.% आहे. या ग्राइंडिंग पायरीनंतर, व्हॅन डेर वाल्स परिणामामुळे पावडर एकत्रित होते, ज्यामुळे आकृती 4 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे 73 ते 126 nm व्यासाचे अतिसूक्ष्म कण असलेले मोठे एकत्रित तयार होतात.
५०-तासांच्या MA नंतर मिळवलेल्या Cu50(Zr50-xNix) पावडरची आकारशास्त्रीय वैशिष्ट्ये. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 प्रणालींसाठी, ५० MA नंतर मिळवलेल्या पावडरच्या FE-SEM प्रतिमा अनुक्रमे (a), (b), (c) आणि (d) मध्ये दाखवल्या आहेत.
कोल्ड स्प्रे फीडरमध्ये पावडर लोड करण्यापूर्वी, त्यांना प्रथम विश्लेषणात्मक ग्रेड इथेनॉलमध्ये १५ मिनिटे सोनिकेट केले गेले आणि नंतर १५०° सेल्सिअस तापमानावर २ तास वाळवले गेले. कोटिंग प्रक्रियेत अनेकदा अनेक गंभीर समस्या निर्माण करणाऱ्या समूहाचा यशस्वीपणे सामना करण्यासाठी हे पाऊल उचलले पाहिजे. MA प्रक्रिया पूर्ण झाल्यानंतर, मिश्रधातू पावडरची एकरूपता तपासण्यासाठी पुढील अभ्यास केले गेले. आकृती ५a–d मध्ये अनुक्रमे ५० तासांच्या M नंतर घेतलेल्या Cu50Zr30Ni20 मिश्रधातूच्या Cu, Zr आणि Ni मिश्रधातू घटकांचे FE-SEM मायक्रोग्राफ आणि संबंधित EDS प्रतिमा दर्शविल्या आहेत. हे लक्षात घेतले पाहिजे की या चरणानंतर मिळालेले मिश्रधातू पावडर एकसंध आहेत, कारण ते आकृती ५ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे सब-नॅनोमीटर पातळीच्या पलीकडे कोणतेही रचना चढउतार प्रदर्शित करत नाहीत.
५० एमए नंतर FE-SEM/एनर्जी डिस्पर्सिव्ह एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) द्वारे मिळवलेले MG Cu50Zr30Ni20 पावडरमधील घटकांचे आकारशास्त्र आणि स्थानिक वितरण. (a) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, आणि (d) Ni-Kα चे SEM आणि एक्स-रे EDS इमेजिंग.
५०-तासांच्या MA नंतर मिळालेल्या यांत्रिक मिश्रधातू Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 आणि Cu50Zr20Ni30 पावडरचे एक्स-रे विवर्तन नमुने अनुक्रमे आकृती ६अ-ड मध्ये दाखवले आहेत. या ग्राइंडिंग टप्प्यानंतर, वेगवेगळ्या Zr सांद्रता असलेल्या सर्व नमुन्यांमध्ये आकृती ६ मध्ये दाखवलेल्या वैशिष्ट्यपूर्ण प्रभामंडल प्रसार नमुन्यांसह आकारहीन रचना होत्या.
MA नंतर ५० तासांसाठी Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), आणि Cu50Zr20Ni30 (d) पावडरचे एक्स-रे विवर्तन नमुने. अपवाद वगळता सर्व नमुन्यांमध्ये एक प्रभामंडल-प्रसार नमुना आढळून आला, जो एका आकारहीन टप्प्याची निर्मिती दर्शवितो.
वेगवेगळ्या MA वेळी बॉल मिलिंगमुळे होणाऱ्या पावडरच्या संरचनात्मक बदलांचे निरीक्षण करण्यासाठी आणि स्थानिक रचना समजून घेण्यासाठी उच्च रिझोल्यूशन फील्ड एमिशन ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (FE-HRTEM) वापरली गेली. Cu50Zr30Ni20 आणि Cu50Zr40Ni10 पावडर ग्राइंडिंगच्या सुरुवातीच्या (6 तास) आणि मध्यवर्ती (18 तास) टप्प्यांनंतर FE-HRTEM पद्धतीने मिळवलेल्या पावडरच्या प्रतिमा अनुक्रमे आकृती 7a मध्ये दर्शविल्या आहेत. MA च्या 6 तासांनंतर मिळालेल्या पावडरच्या ब्राइट-फील्ड इमेज (BFI) नुसार, पावडरमध्ये fcc-Cu, hcp-Zr आणि fcc-Ni घटकांच्या स्पष्टपणे परिभाषित सीमा असलेले मोठे धान्य असते आणि आकृती 7a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे प्रतिक्रिया टप्प्याच्या निर्मितीची कोणतीही चिन्हे नाहीत. याव्यतिरिक्त, मध्यम प्रदेश (a) मधून घेतलेल्या सहसंबंधित निवडलेल्या क्षेत्र विवर्तन पॅटर्न (SADP) ने मोठ्या क्रिस्टलाइट्सची उपस्थिती आणि प्रतिक्रिया टप्प्याची अनुपस्थिती दर्शविणारा एक तीक्ष्ण विवर्तन पॅटर्न (आकृती 7b) उघड केला.
सुरुवातीच्या (६ तास) आणि मध्यवर्ती (१८ तास) टप्प्यांनंतर मिळालेल्या MA पावडरची स्थानिक संरचनात्मक वैशिष्ट्ये. (अ) उच्च रिझोल्यूशन फील्ड उत्सर्जन प्रसारण इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (FE-HRTEM) आणि (ब) ६ तास MA उपचारानंतर Cu50Zr30Ni20 पावडरचा संबंधित निवडलेला क्षेत्र डिफ्रॅक्टोग्राम (SADP). १८ तास MA नंतर मिळालेल्या Cu50Zr40Ni10 ची FE-HRTEM प्रतिमा (c) मध्ये दर्शविली आहे.
आकृती ७ क मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, एमएचा कालावधी १८ तासांपर्यंत वाढल्याने प्लास्टिकच्या विकृतीसह गंभीर जाळी दोष निर्माण झाले. एमए प्रक्रियेच्या या मध्यवर्ती टप्प्यावर, पावडरमध्ये विविध दोष दिसून येतात, ज्यामध्ये स्टॅकिंग फॉल्ट, जाळी दोष आणि पॉइंट दोष (आकृती ७) यांचा समावेश आहे. या दोषांमुळे धान्याच्या सीमांवरील मोठ्या धान्यांचे विखंडन २० एनएम पेक्षा लहान आकाराच्या उपधान्यांमध्ये होते (आकृती ७ क).
३६ तास MA साठी मिल्ड केलेल्या Cu50Z30Ni20 पावडरची स्थानिक रचना आकृती ८अ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, एका आकारहीन पातळ मॅट्रिक्समध्ये एम्बेड केलेल्या अल्ट्राफाइन नॅनोग्रेन्सच्या निर्मितीद्वारे दर्शविली जाते. EMF च्या स्थानिक विश्लेषणातून असे दिसून आले की आकृती ८अ मध्ये दाखवलेले नॅनोक्लस्टर उपचार न केलेल्या Cu, Zr आणि Ni पावडर मिश्रधातूंशी संबंधित आहेत. मॅट्रिक्समध्ये Cu चे प्रमाण ~३२ at.% (खराब झोन) ते ~७४ at.% (समृद्ध झोन) पर्यंत बदलले, जे विषम उत्पादनांची निर्मिती दर्शवते. याव्यतिरिक्त, या चरणात मिलिंग केल्यानंतर मिळवलेल्या पावडरचे संबंधित SADPs प्राथमिक आणि दुय्यम प्रभामंडल-प्रसार अरूपी फेज रिंग्ज दर्शवितात जे या प्रक्रिया न केलेल्या मिश्रधातू घटकांशी संबंधित तीक्ष्ण बिंदूंसह ओव्हरलॅप होतात, जसे आकृती ८ब मध्ये दाखवले आहे.
बियॉन्ड ३६ h-Cu50Zr30Ni20 पावडरची नॅनोस्केल स्थानिक संरचनात्मक वैशिष्ट्ये. (a) ब्राइट फील्ड इमेज (BFI) आणि संबंधित (b) ३६ h MA साठी मिलिंग केल्यानंतर मिळालेल्या Cu50Zr30Ni20 पावडरचा SADP.
MA प्रक्रियेच्या शेवटी (५० तास), Cu50(Zr50-xNix), X, १०, २०, ३० आणि ४० at.% पावडरमध्ये, अपवाद वगळता, अनाकार टप्प्याचे चक्रव्यूहाचे आकारविज्ञान असते, जसे की आकृतीमध्ये दर्शविले आहे. प्रत्येक रचनेच्या संबंधित SADS मध्ये कोणतेही बिंदू विवर्तन किंवा तीक्ष्ण कंकणाकृती नमुने आढळू शकले नाहीत. हे प्रक्रिया न केलेल्या स्फटिकासारखे धातू नसल्याचे दर्शवते, तर त्याऐवजी अनाकार मिश्र धातु पावडरची निर्मिती दर्शवते. अंतिम उत्पादन सामग्रीमध्ये अनाकार टप्प्यांच्या विकासासाठी पुरावा म्हणून हे सहसंबंधित SADP देखील वापरले गेले.
Cu50 MS प्रणालीच्या अंतिम उत्पादनाची स्थानिक रचना (Zr50-xNix). (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, आणि (d) Cu50Zr10Ni40 चे FE-HRTEM आणि सहसंबंधित नॅनोबीम विवर्तन नमुने (NBDP) 50 तासांच्या MA नंतर प्राप्त झाले.
डिफरेंशियल स्कॅनिंग कॅलरीमेट्री वापरून, He वायू प्रवाहातील Cu50(Zr50-xNix) अमोरफस सिस्टीममधील Ni (x) च्या सामग्रीवर अवलंबून काचेच्या संक्रमण तापमान (Tg), सुपरकूल्ड द्रव क्षेत्र (ΔTx) आणि क्रिस्टलायझेशन तापमान (Tx) ची थर्मल स्थिरता अभ्यासण्यात आली. (DSC) गुणधर्म. MA नंतर 50 तासांसाठी मिळवलेल्या Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 आणि Cu50Zr10Ni40 अमोरफस मिश्रधातूंच्या पावडरचे DSC वक्र अनुक्रमे आकृती 10a, b, e मध्ये दर्शविले आहेत. तर अमॉरफस Cu50Zr20Ni30 चा DSC वक्र आकृती 10 व्या शतकात स्वतंत्रपणे दर्शविला आहे. दरम्यान, DSC मध्ये ~700°C पर्यंत गरम केलेला Cu50Zr30Ni20 नमुना आकृती 10g मध्ये दर्शविला आहे.
MA नंतर ५० तासांसाठी मिळवलेल्या Cu50(Zr50-xNix) MG पावडरची थर्मल स्थिरता काचेच्या संक्रमण तापमान (Tg), क्रिस्टलायझेशन तापमान (Tx) आणि सुपरकूल्ड द्रव प्रदेश (ΔTx) द्वारे निश्चित केली जाते. MA नंतर ५० तासांसाठी Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), आणि (e) Cu50Zr10Ni40 MG मिश्र धातु पावडरच्या डिफरेंशियल स्कॅनिंग कॅलरीमीटर (DSC) पावडरचे थर्मोग्राम. DSC मध्ये ~७००°C पर्यंत गरम केलेल्या Cu50Zr30Ni20 नमुन्याचा एक्स-रे डिफ्रॅक्शन पॅटर्न (XRD) (d) मध्ये दाखवला आहे.
आकृती १० मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, वेगवेगळ्या निकेल सांद्रता (x) असलेल्या सर्व रचनांसाठी DSC वक्र दोन भिन्न प्रकरणे दर्शवितात, एक एंडोथर्मिक आणि दुसरी एक्झोथर्मिक. पहिली एंडोथर्मिक घटना Tg शी संबंधित आहे आणि दुसरी Tx शी संबंधित आहे. Tg आणि Tx मधील क्षैतिज स्पॅन क्षेत्राला सबकूल्ड लिक्विड एरिया (ΔTx = Tx – Tg) म्हणतात. निकालांवरून असे दिसून येते की ५२६°C आणि ६१२°C वर ठेवलेल्या Cu50Zr40Ni10 नमुन्याचे (आकृती १०a) Tg आणि Tx, आकृती १०b मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, अनुक्रमे ४८२°C आणि ५६३°C च्या कमी तापमानाच्या बाजूकडे% वर सामग्री (x) २० पर्यंत हलवतात. °C वाढत्या Ni सामग्री (x) सह. परिणामी, Cu50Zr30Ni20 (आकृती 10b) साठी ΔTx Cu50Zr40Ni10 86°С (आकृती 10a) वरून 81°С पर्यंत कमी होते. MC Cu50Zr40Ni10 मिश्रधातूसाठी, Tg, Tx आणि ΔTx च्या मूल्यांमध्ये 447°С, 526°С आणि 79°С च्या पातळीपर्यंत घट देखील दिसून आली (आकृती 10b). हे सूचित करते की Ni सामग्रीमध्ये वाढ झाल्यामुळे MS मिश्रधातूची थर्मल स्थिरता कमी होते. उलटपक्षी, MC Cu50Zr20Ni30 मिश्रधातूचे Tg (507 °C) चे मूल्य MC Cu50Zr40Ni10 मिश्रधातूपेक्षा कमी आहे; तरीही, त्याचे Tx त्याच्याशी तुलनात्मक मूल्य (612 °C) दर्शवते. म्हणून, आकृती 10 व्या शतकात दर्शविल्याप्रमाणे ΔTx चे मूल्य (87°C) जास्त आहे.
Cu50(Zr50-xNix) MC प्रणाली, Cu50Zr20Ni30 MC मिश्रधातूचा उदाहरण म्हणून वापर करून, तीक्ष्ण एक्झोथर्मिक शिखरातून fcc-ZrCu5, ऑर्थोर्थोम्बिक-Zr7Cu10 आणि ऑर्थोर्थोम्बिक-ZrNi क्रिस्टलाइन टप्प्यांमध्ये स्फटिकीकरण करते (आकृती 10c). आकारहीन ते स्फटिकलाइन टप्प्यात या टप्प्यातील संक्रमणाची पुष्टी MG नमुन्याच्या (आकृती 10d) एक्स-रे विवर्तन विश्लेषणाद्वारे झाली, जी DSC मध्ये 700 °C पर्यंत गरम केली गेली होती.
आकृती ११ मध्ये सध्याच्या कामात केलेल्या थंड फवारणी प्रक्रियेदरम्यान घेतलेले फोटो दाखवले आहेत. या अभ्यासात, MA नंतर ५० तासांसाठी संश्लेषित केलेले धातूचे काचेचे पावडर कण (उदाहरणार्थ Cu50Zr20Ni30 वापरून) बॅक्टेरियाच्या वाढीस प्रतिबंध करणारा पदार्थ कच्चा माल म्हणून वापरले गेले आणि स्टेनलेस स्टील प्लेट (SUS304) थंड फवारणी लेपित केली गेली. थर्मल स्प्रे तंत्रज्ञान मालिकेत कोटिंगसाठी थंड फवारणी पद्धत निवडण्यात आली कारण ती थर्मल स्प्रे तंत्रज्ञान मालिकेतील सर्वात कार्यक्षम पद्धत आहे जिथे ती अनाकार आणि नॅनोक्रिस्टलाइन पावडरसारख्या धातूच्या मेटास्टेबल उष्णता संवेदनशील पदार्थांसाठी वापरली जाऊ शकते. फेज. संक्रमणांच्या अधीन नाही. ही पद्धत निवडण्यात हा मुख्य घटक आहे. थंड जमा करण्याची प्रक्रिया उच्च-वेगाच्या कणांचा वापर करून केली जाते जी कणांच्या गतिज उर्जेला प्लास्टिक विकृती, विकृती आणि सब्सट्रेट किंवा पूर्वी जमा केलेल्या कणांशी आदळल्यावर उष्णतेमध्ये रूपांतरित करतात.
550°C तापमानावर MG/SUS 304 च्या सलग पाच तयारींसाठी वापरल्या जाणाऱ्या थंड फवारणी प्रक्रियेचे छायाचित्रे दाखवतात.
कणांची गतिज ऊर्जा, तसेच आवरणाच्या निर्मितीदरम्यान प्रत्येक कणाची गती, प्लास्टिक विरूपण (मॅट्रिक्समधील प्राथमिक कण आणि आंतरकण परस्परसंवाद आणि कणांचे परस्परसंवाद), घन पदार्थांचे इंटरस्टिशियल गाठी, कणांमधील परिभ्रमण, विकृतीकरण आणि मर्यादित उष्णता 39 यासारख्या यंत्रणांद्वारे उर्जेच्या इतर स्वरूपात रूपांतरित करणे आवश्यक आहे. याव्यतिरिक्त, येणारी सर्व गतिज ऊर्जा थर्मल ऊर्जा आणि विकृतीकरण उर्जेमध्ये रूपांतरित झाली नाही, तर त्याचा परिणाम लवचिक टक्कर होईल, ज्याचा अर्थ असा की कण आघातानंतर सहजपणे उडी मारतात. असे नोंदवले गेले आहे की कण/सब्सट्रेट मटेरियलवर लागू केलेल्या प्रभाव उर्जेपैकी 90% स्थानिक उष्णता 40 मध्ये रूपांतरित होते. याव्यतिरिक्त, जेव्हा प्रभाव ताण लागू केला जातो, तेव्हा कण/सब्सट्रेट संपर्क क्षेत्रात उच्च प्लास्टिक स्ट्रेन दर खूप कमी वेळेत प्राप्त होतात41,42.
प्लास्टिक विकृतीकरण हे सहसा ऊर्जेच्या अपव्ययाची प्रक्रिया म्हणून किंवा त्याऐवजी, इंटरफेशियल प्रदेशात उष्णता स्त्रोत म्हणून मानले जाते. तथापि, इंटरफेशियल प्रदेशात तापमानात वाढ ही सहसा इंटरफेशियल वितळण्याच्या घटनेसाठी किंवा अणूंच्या परस्पर प्रसाराच्या महत्त्वपूर्ण उत्तेजनासाठी पुरेशी नसते. लेखकांना ज्ञात असलेल्या कोणत्याही प्रकाशनात कोल्ड स्प्रे तंत्रांचा वापर करताना पावडर चिकटण्यावर आणि स्थिरीकरणावर या धातूच्या काचेच्या पावडरच्या गुणधर्मांचा परिणाम तपासलेला नाही.
MG Cu50Zr20Ni30 मिश्रधातू पावडरचा BFI आकृती 12a मध्ये दिसतो, जो SUS 304 सब्सट्रेटवर जमा झाला होता (आकृती 11, 12b). आकृतीवरून दिसून येते की, लेपित पावडर त्यांची मूळ आकारहीन रचना टिकवून ठेवतात कारण त्यांच्याकडे कोणत्याही स्फटिकीय वैशिष्ट्यांशिवाय किंवा जाळीच्या दोषांशिवाय नाजूक भूलभुलैया रचना असते. दुसरीकडे, प्रतिमा परदेशी टप्प्याची उपस्थिती दर्शवते, जसे की MG-लेपित पावडर मॅट्रिक्समध्ये समाविष्ट केलेल्या नॅनोपार्टिकल्सद्वारे पुरावा मिळतो (आकृती 12a). आकृती 12c प्रदेश I (आकृती 12a) शी संबंधित अनुक्रमित नॅनोबीम विवर्तन नमुना (NBDP) दर्शविते. आकृती 12c मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, NBDP अनाकार संरचनेचा कमकुवत प्रभामंडल-प्रसार नमुना प्रदर्शित करते आणि स्फटिकीय मोठ्या घन मेटास्टेबल Zr2Ni फेज आणि चतुर्भुज CuO फेजशी संबंधित तीक्ष्ण ठिपके सहअस्तित्वात असते. स्प्रे गनच्या नोजलपासून SUS 304 वर खुल्या हवेत सुपरसॉनिक प्रवाहात हलवताना पावडरच्या ऑक्सिडेशनद्वारे CuO ची निर्मिती स्पष्ट केली जाऊ शकते. दुसरीकडे, धातूच्या काचेच्या पावडरचे विचलन केल्याने 550°C वर 30 मिनिटे थंड स्प्रे ट्रीटमेंटनंतर मोठ्या घन टप्प्यांची निर्मिती झाली.
(a) (b) SUS 304 सब्सट्रेटवर जमा केलेल्या MG पावडरची FE-HRTEM प्रतिमा (आकृती इनसेट). (a) मध्ये दर्शविलेल्या गोल चिन्हाचा NBDP निर्देशांक (c) मध्ये दर्शविला आहे.
मोठ्या घन Zr2Ni नॅनोपार्टिकल्सच्या निर्मितीसाठी या संभाव्य यंत्रणेची चाचणी घेण्यासाठी, एक स्वतंत्र प्रयोग करण्यात आला. या प्रयोगात, SUS 304 सब्सट्रेटच्या दिशेने 550°C वर अॅटोमायझरमधून पावडर फवारण्यात आल्या; तथापि, अॅनिलिंग प्रभाव निश्चित करण्यासाठी, पावडर शक्य तितक्या लवकर SUS304 स्ट्रिपमधून काढून टाकण्यात आल्या (सुमारे 60 सेकंद). प्रयोगांची आणखी एक मालिका करण्यात आली ज्यामध्ये पावडर वापरल्यानंतर सुमारे 180 सेकंदांनी सब्सट्रेटमधून काढून टाकण्यात आली.
आकृती १३अ,ब मध्ये अनुक्रमे ६० सेकंद आणि १८० सेकंदांसाठी SUS ३०४ सब्सट्रेट्सवर जमा केलेल्या दोन स्पटर्ड मटेरियलच्या स्कॅनिंग ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (STEM) डार्क फील्ड (DFI) प्रतिमा दर्शविल्या आहेत. ६० सेकंदांसाठी जमा केलेल्या पावडर इमेजमध्ये आकारिकीय तपशीलांचा अभाव आहे, जो वैशिष्ट्यहीनता दर्शवितो (आकृती १३अ). XRD द्वारे देखील याची पुष्टी करण्यात आली, ज्याने दर्शविले की या पावडरची एकूण रचना आकारहीन होती, जसे की आकृती १४अ मध्ये दर्शविलेल्या विस्तृत प्राथमिक आणि दुय्यम विवर्तन शिखरांद्वारे दर्शविले गेले आहे. हे मेटास्टेबल/मेसोफेज प्रिसिपिटेट्सची अनुपस्थिती दर्शविते, ज्यामध्ये पावडर त्याची मूळ आकारहीन रचना टिकवून ठेवते. याउलट, त्याच तापमानावर (५५०°C) जमा केलेल्या परंतु १८० सेकंदांसाठी सब्सट्रेटवर सोडलेल्या पावडरमध्ये नॅनोसाइज्ड धान्यांचे संचय दिसून आले, जसे की आकृती १३ब मधील बाणांनी दर्शविले आहे.