Grazzi talli żort Nature.com. Il-verżjoni tal-browser li qed tuża għandha appoġġ limitat għas-CSS. Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aġġornat (jew tiddiżattiva l-Modalità ta' Kompatibilità fl-Internet Explorer). Sadanittant, biex niżguraw appoġġ kontinwu, se nirrendu s-sit mingħajr stili u JavaScript.
Il-bijofilms huma komponent importanti fl-iżvilupp ta' infezzjonijiet kroniċi, speċjalment fir-rigward ta' apparati mediċi. Din il-problema tippreżenta sfida kbira għall-komunità medika, peress li l-antibijotiċi standard jistgħu jeqirdu l-bijofilms biss sa ċertu punt limitat ħafna. Il-prevenzjoni tal-formazzjoni tal-bijofilm wasslet għall-iżvilupp ta' diversi metodi ta' kisi u materjali ġodda. Dawn it-tekniki għandhom l-għan li jiksu l-uċuħ b'mod li jipprevjeni l-formazzjoni tal-bijofilm. Ligi tal-metall vitruż, speċjalment dawk li fihom metalli tar-ram u tat-titanju, saru kisi antimikrobiku ideali. Fl-istess ħin, l-użu tat-teknoloġija tal-isprej kiesaħ żdied peress li huwa metodu adattat għall-ipproċessar ta' materjali sensittivi għat-temperatura. Parti mill-għan ta' din ir-riċerka kienet li tiżviluppa film antibatteriku ġdid tal-ħġieġ metalliku magħmul minn Cu-Zr-Ni ternarju bl-użu ta' tekniki ta' ligazzjoni mekkanika. It-trab sferiku li jifforma l-prodott finali jintuża bħala materja prima għall-isprej kiesaħ ta' uċuħ tal-istainless steel f'temperaturi baxxi. Sottostrati miksija bil-ħġieġ tal-metall irnexxielhom inaqqsu b'mod sinifikanti l-formazzjoni tal-bijofilm b'mill-inqas 1 log meta mqabbla mal-istainless steel.
Matul l-istorja tal-bniedem, kwalunkwe soċjetà kienet kapaċi tiżviluppa u tippromwovi l-introduzzjoni ta’ materjali ġodda biex tissodisfa r-rekwiżiti speċifiċi tagħha, li rriżulta f’żieda fil-produttività u l-klassifikazzjoni f’ekonomija globalizzata1. Dan dejjem ġie attribwit lill-abbiltà umana li tiddisinja materjali u tagħmir tal-manifattura, kif ukoll disinji biex timmanifattura u tikkaratterizza materjali biex tikseb saħħa, edukazzjoni, industrija, ekonomija, kultura u oqsma oħra minn pajjiż jew reġjun għal ieħor. Il-progress jitkejjel irrispettivament mill-pajjiż jew reġjun2. Għal 60 sena, ix-xjentisti tal-materjali ddedikaw ħafna ħin għal kompitu ewlieni wieħed: it-tfittxija għal materjali ġodda u avvanzati. Riċerka reċenti ffokat fuq it-titjib tal-kwalità u l-prestazzjoni ta’ materjali eżistenti, kif ukoll fuq is-sinteżi u l-invenzjoni ta’ tipi ta’ materjali kompletament ġodda.
Iż-żieda ta' elementi ta' liga, il-modifika tal-mikrostruttura tal-materjal u l-applikazzjoni ta' metodi ta' trattament termali, mekkaniku jew termomekkaniku wasslu għal titjib sinifikanti fil-proprjetajiet mekkaniċi, kimiċi u fiżiċi ta' diversi materjali. Barra minn hekk, komposti li s'issa ma kinux magħrufa ġew sintetizzati b'suċċess. Dawn l-isforzi persistenti taw lok għal familja ġdida ta' materjali innovattivi magħrufa kollettivament bħala Materjali Avvanzati2. Nanokristalli, nanopartiċelli, nanotubi, tikek kwantistiċi, ħġieġ metalliku żero-dimensjonali, amorfu, u ligi b'entropija għolja huma biss ftit eżempji ta' materjali avvanzati li dehru fid-dinja minn nofs is-seklu li għadda. Fil-manifattura u l-iżvilupp ta' ligi ġodda bi proprjetajiet imtejba, kemm fil-prodott finali kif ukoll fl-istadji intermedji tal-produzzjoni tiegħu, ħafna drabi tiżdied il-problema ta' żbilanċ. Bħala riżultat tal-introduzzjoni ta' tekniki ġodda ta' manifattura li jippermettu devjazzjonijiet sinifikanti mill-ekwilibriju, ġiet skoperta klassi ġdida sħiħa ta' ligi metastabbli, magħrufa bħala ħġieġ metalliku.
Ix-xogħol tiegħu f'Caltech fl-1960 irrivoluzzjona l-kunċett tal-ligi tal-metall meta sintetizza ligi tal-ħġieġ Au-25 at.% Si billi ssolidifika malajr il-likwidi bi kważi miljun grad kull sekonda.4 L-iskoperta tal-Professur Paul Duves mhux biss immarkat il-bidu tal-istorja tal-ħġieġ tal-metall (MS), iżda wasslet ukoll għal bidla fil-paradigma fil-mod kif in-nies jaħsbu dwar il-ligi tal-metall. Mill-ewwel riċerka pijuniera fis-sintesi tal-ligi MS, kważi l-ħġieġ metalliku kollu nkiseb kompletament bl-użu ta' wieħed mill-metodi li ġejjin: (i) solidifikazzjoni rapida tat-tidwib jew tal-fwar, (ii) diżordni tal-kannizzata atomika, (iii) reazzjonijiet ta' amorfizzazzjoni fi stat solidu bejn elementi metalliċi puri u (iv) tranżizzjonijiet tal-fażi solida ta' fażijiet metastabbli.
L-MGs huma distinti min-nuqqas ta' ordni atomika fuq medda twila assoċjata mal-kristalli, li hija karatteristika li tiddefinixxi l-kristalli. Fid-dinja moderna, sar progress kbir fil-qasam tal-ħġieġ metalliku. Dawn huma materjali ġodda bi proprjetajiet interessanti li huma ta' interess mhux biss għall-fiżika tal-istat solidu, iżda wkoll għall-metallurġija, il-kimika tal-wiċċ, it-teknoloġija, il-bijoloġija, u ħafna oqsma oħra. Dan it-tip ġdid ta' materjal għandu proprjetajiet li huma differenti mill-metalli iebsin, u dan jagħmilha kandidat interessanti għal applikazzjonijiet teknoloġiċi f'varjetà ta' oqsma. Għandhom xi proprjetajiet importanti: (i) duttilità mekkanika għolja u saħħa ta' rendiment, (ii) permeabilità manjetika għolja, (iii) koerċività baxxa, (iv) reżistenza mhux tas-soltu għall-korrużjoni, (v) indipendenza mit-temperatura. Konduttività 6.7.
Il-liga mekkanika (MA)1,8 hija metodu relattivament ġdid, introdott għall-ewwel darba fl-19839 mill-Prof. KK Kok u l-kollegi tiegħu. Huma pproduċew trabijiet amorfi Ni60Nb40 billi tħnu taħlita ta' elementi puri f'temperatura ambjentali qrib ħafna tat-temperatura tal-kamra. Tipikament, ir-reazzjoni MA titwettaq bejn twaħħil ta' diffużjoni ta' trabijiet reattivi f'reattur, ġeneralment magħmul minn azzar inossidabbli, f'mitħna tal-blalen. 10 (Fig. 1a, b). Minn dakinhar, dan il-metodu ta' reazzjoni fi stat solidu indott mekkanikament intuża biex jipprepara trabijiet ġodda ta' liga tal-ħġieġ amorfi/metalliċi bl-użu ta' mitħna tal-blalen b'enerġija baxxa (Fig. 1c) u għolja u mitħna tal-vireg11,12,13,14,15,16. B'mod partikolari, dan il-metodu ntuża biex jipprepara sistemi li ma jitħalltux bħal Cu-Ta17 kif ukoll ligi b'punt ta' tidwib għoli bħal sistemi Al-metall ta' transizzjoni (TM, Zr, Hf, Nb u Ta)18,19 u Fe-W20, li ma jistgħux jinkisbu bl-użu ta' metodi konvenzjonali tat-tisjir. Barra minn hekk, l-MA hija kkunsidrata bħala waħda mill-aktar għodod nanoteknoloġiċi qawwija għall-produzzjoni fuq skala industrijali ta' partiċelli ta' trab nanokristallini u nanokomposti ta' ossidi tal-metall, karburi, nitridi, idruri, nanotubi tal-karbonju, nanodjamanti, kif ukoll stabilizzazzjoni wiesgħa bl-użu ta' approċċ minn fuq għal isfel. 1 u stadji metastabbli.
Skematika li turi l-metodu ta' fabbrikazzjoni użat biex jiġi ppreparat il-kisi tal-ħġieġ metalliku Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 f'dan l-istudju. (a) Preparazzjoni ta' trabijiet tal-liga MC b'konċentrazzjonijiet varji ta' Ni x (x; 10, 20, 30, u 40 at.%) bl-użu tal-metodu tat-tħin tal-blalen b'enerġija baxxa. (a) Il-materjal tal-bidu jitgħabba f'ċilindru tal-għodda flimkien ma' blalen tal-azzar tal-għodda u (b) jiġi ssiġillat f'kaxxa tal-ingwanti mimlija b'atmosfera He. (ċ) Mudell trasparenti tal-kontenitur tat-tħin li juri l-moviment tal-ballun waqt it-tħin. Il-prodott finali tat-trab miksub wara 50 siegħa ntuża biex jiksi s-sottostrat SUS 304 bi sprej kiesaħ (d).
Fir-rigward tal-uċuħ ta’ materjali bl-ingrossa (sottostrati), l-inġinerija tal-uċuħ tinvolvi d-disinn u l-modifika tal-uċuħ (sottostrati) biex jipprovdu ċerti proprjetajiet fiżiċi, kimiċi u tekniċi li mhumiex preżenti fil-materjal bl-ingrossa oriġinali. Xi wħud mill-proprjetajiet li jistgħu jittejbu b’mod effettiv permezz tat-trattament tal-uċuħ jinkludu l-brix, ir-reżistenza għall-ossidazzjoni u l-korrużjoni, il-koeffiċjent tal-frizzjoni, il-bijoinerzja, il-proprjetajiet elettriċi u l-insulazzjoni termali, biex insemmu biss ftit. Il-kwalità tal-uċuħ tista’ tittejjeb permezz ta’ metodi metallurġiċi, mekkaniċi jew kimiċi. Bħala proċess magħruf sew, il-kisi huwa sempliċement definit bħala saff wieħed jew aktar ta’ materjal applikati artifiċjalment fuq il-wiċċ ta’ oġġett bl-ingrossa (sottostrat) magħmul minn materjal ieħor. Għalhekk, il-kisi jintuża parzjalment biex jinkisbu l-proprjetajiet tekniċi jew dekorattivi mixtieqa, kif ukoll biex jipproteġi l-materjali minn interazzjonijiet kimiċi u fiżiċi mistennija mal-ambjent23.
Varjetà ta' metodi u tekniki jistgħu jintużaw biex jiġu applikati saffi protettivi xierqa minn ftit mikrometri (taħt 10-20 mikrometru) sa aktar minn 30 mikrometru jew saħansitra diversi millimetri fil-ħxuna. B'mod ġenerali, il-proċessi ta' kisi jistgħu jinqasmu f'żewġ kategoriji: (i) metodi ta' kisi mxarrbin, inkluż elettrodepożizzjoni, elettrodepożizzjoni, u galvanizzazzjoni bis-sħana, u (ii) metodi ta' kisi niexef, inkluż issaldjar, hardfacing, depożizzjoni fiżika bil-fwar (PVD), depożizzjoni kimika bil-fwar (CVD), tekniki ta' sprej termali, u aktar reċentement tekniki ta' sprej kiesaħ 24 (Figura 1d).
Il-bijofilms huma definiti bħala komunitajiet mikrobjali li huma mwaħħla b'mod irriversibbli ma' uċuħ u mdawra minn polimeri extraċellulari (EPS) prodotti minnhom infushom. Il-formazzjoni ta' bijofilm superfiċjalment matur tista' twassal għal telf sinifikanti f'ħafna industriji, inkluż l-ipproċessar tal-ikel, is-sistemi tal-ilma, u l-kura tas-saħħa. Fil-bnedmin, bil-formazzjoni ta' bijofilms, aktar minn 80% tal-każijiet ta' infezzjonijiet mikrobjali (inklużi Enterobacteriaceae u Staphylococci) huma diffiċli biex jiġu ttrattati. Barra minn hekk, ġie rrappurtat li l-bijofilms maturi huma 1000 darba aktar reżistenti għat-trattament bl-antibijotiċi meta mqabbla maċ-ċelloli batteriċi planktoniċi, li huwa kkunsidrat bħala sfida terapewtika ewlenija. Storikament, intużaw materjali ta' kisi tal-wiċċ antimikrobjali derivati ​​minn komposti organiċi komuni. Għalkemm materjali bħal dawn spiss ikun fihom komponenti tossiċi potenzjalment ta' ħsara għall-bnedmin,25,26 dan jista' jgħin biex tiġi evitata t-trażmissjoni batterjali u d-degradazzjoni tal-materjal.
Ir-reżistenza batterika mifruxa għat-trattament bl-antibijotiċi minħabba l-formazzjoni tal-bijofilm wasslet għall-ħtieġa li jiġi żviluppat wiċċ miksi b'membrana antimikrobika effettiva li tista' tiġi applikata b'mod sikur27. L-iżvilupp ta' wiċċ anti-adeżiv fiżiku jew kimiku li miegħu ċ-ċelloli batteriċi ma jistgħux jorbtu u jiffurmaw bijofilms minħabba l-adeżjoni huwa l-ewwel approċċ f'dan il-proċess27. It-tieni teknoloġija hija li jiġu żviluppati kisi li jwasslu kimiċi antimikrobiċi eżattament fejn huma meħtieġa, fi kwantitajiet ikkonċentrati ħafna u mfassla apposta. Dan jinkiseb permezz tal-iżvilupp ta' materjali ta' kisi uniċi bħal grafen/ġermanju28, djamant iswed29 u kisi tal-karbonju simili għad-djamant iddoppjat biż-ZnO30 li huma reżistenti għall-batterji, teknoloġija li timmassimizza l-iżvilupp tat-tossiċità u r-reżistenza minħabba l-formazzjoni tal-bijofilm. Barra minn hekk, kisi li fih kimiċi ġermiċidali li jipprovdu protezzjoni fit-tul kontra l-kontaminazzjoni batterika qed isiru dejjem aktar popolari. Filwaqt li t-tliet proċeduri huma kapaċi jeżerċitaw attività antimikrobika fuq uċuħ miksija, kull waħda għandha s-sett ta' limitazzjonijiet tagħha stess li għandhom jiġu kkunsidrati meta tiġi żviluppata strateġija ta' applikazzjoni.
Il-prodotti li bħalissa jinsabu fis-suq huma mxekkla min-nuqqas ta’ ħin biex jiġu analizzati u ttestjati kisi protettiv għal ingredjenti bijoloġikament attivi. Il-kumpaniji jsostnu li l-prodotti tagħhom se jipprovdu lill-utenti bl-aspetti funzjonali mixtieqa, madankollu, dan sar ostaklu għas-suċċess tal-prodotti li bħalissa jinsabu fis-suq. Komposti derivati ​​mill-fidda jintużaw fil-maġġoranza l-kbira tal-antimikrobiċi disponibbli bħalissa għall-konsumaturi. Dawn il-prodotti huma mfassla biex jipproteġu lill-utenti minn espożizzjoni potenzjalment ta’ ħsara għall-mikro-organiżmi. L-effett antimikrobiku mdewwem u t-tossiċità assoċjata tal-komposti tal-fidda jżidu l-pressjoni fuq ir-riċerkaturi biex jiżviluppaw alternattiva inqas ta’ ħsara36,37. Il-ħolqien ta’ kisi antimikrobiku globali li jaħdem minn ġewwa għal barra jibqa’ sfida. Dan jiġi b’riskji assoċjati għas-saħħa u s-sigurtà. L-iskoperta ta’ aġent antimikrobiku li huwa inqas ta’ ħsara għall-bnedmin u s-sejba ta’ kif jiġi inkorporat f’sottostrati ta’ kisi b’ħajja ta’ skadenza itwal hija mira mfittxija ħafna38. L-aħħar materjali antimikrobiċi u antibijofilm huma mfassla biex joqtlu l-batterji minn distanza qrib jew permezz ta’ kuntatt dirett jew wara r-rilaxx tal-aġent attiv. Jistgħu jagħmlu dan billi jinibixxu l-adeżjoni inizjali tal-batterji (inkluż il-prevenzjoni tal-formazzjoni ta' saff ta' proteina fuq il-wiċċ) jew billi joqtlu l-batterji billi jinterferixxu mal-ħajt taċ-ċellula.
Essenzjalment, il-kisi tal-wiċċ huwa l-proċess tal-applikazzjoni ta’ saff ieħor fuq il-wiċċ ta’ komponent biex jittejbu l-karatteristiċi tal-wiċċ. L-iskop ta’ kisi tal-wiċċ huwa li jibdel il-mikrostruttura u/jew il-kompożizzjoni tar-reġjun qrib il-wiċċ ta’ komponent39. Il-metodi ta’ kisi tal-wiċċ jistgħu jinqasmu f’metodi differenti, li huma miġbura fil-qosor fil-Fig. 2a. Il-kisi jista’ jinqasmu f’kategoriji termali, kimiċi, fiżiċi u elettrokimiċi skont il-metodu użat biex jinħoloq il-kisi.
(a) Inserzjoni li turi t-tekniki ewlenin tal-fabbrikazzjoni tal-wiċċ, u (b) vantaġġi u żvantaġġi magħżula tal-metodu tal-isprej kiesaħ.
It-teknoloġija tal-isprej kiesaħ għandha ħafna komuni mat-tekniki tradizzjonali tal-isprej termali. Madankollu, hemm ukoll xi proprjetajiet fundamentali ewlenin li jagħmlu l-proċess tal-isprej kiesaħ u l-materjali tal-isprej kiesaħ partikolarment uniċi. It-teknoloġija tal-isprej kiesaħ għadha fil-bidu tagħha, iżda għandha futur kbir. F'xi każijiet, il-proprjetajiet uniċi tal-isprej kiesaħ joffru benefiċċji kbar, u jegħlbu l-limitazzjonijiet tat-tekniki konvenzjonali tal-isprej termali. Din tegħleb il-limitazzjonijiet sinifikanti tat-teknoloġija tradizzjonali tal-isprej termali, fejn it-trab irid jiddewweb biex jiġi depożitat fuq sottostrat. Ovvjament, dan il-proċess ta' kisi tradizzjonali mhuwiex adattat għal materjali sensittivi ħafna għat-temperatura bħal nanokristalli, nanopartiċelli, ħġieġ amorfu u metalliku40, 41, 42. Barra minn hekk, il-materjali tal-kisi bl-isprej termali dejjem ikollhom livell għoli ta' porożità u ossidi. It-teknoloġija tal-isprej kiesaħ għandha ħafna vantaġġi sinifikanti fuq it-teknoloġija tal-isprej termali, bħal (i) input minimu tas-sħana għas-sottostrat, (ii) flessibbiltà fl-għażla tal-kisi tas-sottostrat, (iii) l-ebda trasformazzjoni tal-fażi u tkabbir tal-qamħ, (iv) saħħa għolja tal-adeżiv1.39 (Fig. 2b). Barra minn hekk, il-materjali tal-kisi bl-isprej kiesaħ għandhom reżistenza għolja għall-korrużjoni, saħħa u ebusija għolja, konduttività elettrika għolja u densità għolja41. Minkejja l-vantaġġi tal-proċess tal-isprej kiesaħ, dan il-metodu għad għandu xi żvantaġġi, kif muri fil-Figura 2b. Meta jiġu miksija trabijiet taċ-ċeramika pura bħal Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, eċċ., il-metodu tal-isprej kiesaħ ma jistax jintuża. Min-naħa l-oħra, trabijiet komposti taċ-ċeramika/metall jistgħu jintużaw bħala materja prima għall-kisi. L-istess jgħodd għal metodi oħra ta' bexx termali. Uċuħ diffiċli u interni tal-pajpijiet għadhom diffiċli biex jiġu sprejjati.
Meta wieħed iqis li x-xogħol preżenti huwa mmirat lejn l-użu ta' trabijiet metalliċi vitrużi bħala materjali tal-bidu għall-kisi, huwa ċar li l-isprejjar termali konvenzjonali ma jistax jintuża għal dan il-għan. Dan minħabba l-fatt li t-trabijiet metalliċi vitrużi jikkristallizzaw f'temperaturi għoljin1.
Il-biċċa l-kbira tal-istrumenti użati fl-industriji mediċi u tal-ikel huma magħmula minn ligi tal-azzar inossidabbli awstenitiċi (SUS316 u SUS304) b'kontenut ta' kromju ta' 12 sa 20 wt.% għall-produzzjoni ta' strumenti kirurġiċi. Huwa ġeneralment aċċettat li l-użu tal-metall tal-kromju bħala element ta' liga fil-ligi tal-azzar jista' jtejjeb b'mod sinifikanti r-reżistenza għall-korrużjoni tal-ligi standard tal-azzar. Il-ligi tal-azzar inossidabbli, minkejja r-reżistenza għolja tagħhom għall-korrużjoni, m'għandhomx proprjetajiet antimikrobiċi sinifikanti38,39. Dan jikkuntrasta mar-reżistenza għolja tagħhom għall-korrużjoni. Wara dan, huwa possibbli li wieħed ibassar l-iżvilupp ta' infezzjoni u infjammazzjoni, li huma prinċipalment dovuti għall-adeżjoni u l-kolonizzazzjoni batterika fuq il-wiċċ tal-bijomaterjali tal-azzar inossidabbli. Jistgħu jinqalgħu diffikultajiet sinifikanti minħabba d-diffikultajiet sinifikanti assoċjati mal-adeżjoni batterika u l-mogħdijiet tal-formazzjoni tal-bijofilm, li jistgħu jwasslu għal saħħa ħażina, li jista' jkollha ħafna konsegwenzi li jistgħu jaffettwaw direttament jew indirettament is-saħħa tal-bniedem.
Dan l-istudju huwa l-ewwel fażi ta' proġett iffinanzjat mill-Fondazzjoni tal-Kuwajt għall-Avvanz tax-Xjenza (KFAS), kuntratt nru. 2010-550401, biex jinvestiga l-fattibbiltà tal-produzzjoni ta' trabijiet ternarji metalliċi tal-ħġieġ Cu-Zr-Ni bl-użu tat-teknoloġija MA (tabella). 1) Għall-produzzjoni ta' film/kisi protettiv tal-wiċċ antibatteriku SUS304. It-tieni fażi tal-proġett, li mistennija tibda f'Jannar 2023, se tistudja fid-dettall il-karatteristiċi tal-korrużjoni galvanika u l-proprjetajiet mekkaniċi tas-sistema. Se jitwettqu testijiet mikrobijoloġiċi dettaljati għal diversi tipi ta' batterji.
Dan l-artiklu jiddiskuti l-effett tal-kontenut tal-liga Zr fuq il-ħila tal-iffurmar tal-ħġieġ (GFA) ibbażata fuq karatteristiċi morfoloġiċi u strutturali. Barra minn hekk, ġew diskussi wkoll il-proprjetajiet antibatteriċi tal-kompost tal-ħġieġ tal-metall miksi bit-trab/SUS304. Barra minn hekk, sar xogħol kontinwu biex jiġi investigat il-possibbiltà ta' trasformazzjoni strutturali tat-trab tal-ħġieġ metalliku li sseħħ waqt l-isprejjar kiesaħ fir-reġjun likwidu super-imkessaħ ta' sistemi tal-ħġieġ metalliku fabbrikat. Il-ligi tal-ħġieġ metalliku Cu50Zr30Ni20 u Cu50Zr20Ni30 intużaw bħala eżempji rappreżentattivi f'dan l-istudju.
Din it-taqsima tippreżenta l-bidliet morfoloġiċi fit-trabijiet ta' Cu, Zr u Ni elementali waqt it-tħin bil-ballun b'enerġija baxxa. Żewġ sistemi differenti li jikkonsistu minn Cu50Zr20Ni30 u Cu50Zr40Ni10 se jintużaw bħala eżempji illustrattivi. Il-proċess MA jista' jinqasam fi tliet stadji separati, kif evidenzjat mill-karatterizzazzjoni metallografika tat-trab miksub fl-istadju tat-tħin (Fig. 3).
Karatteristiċi metallografiċi ta' trabijiet ta' ligi mekkaniċi (MA) miksuba wara diversi stadji ta' tħin bil-blalen. Immaġni ta' mikroskopija elettronika ta' skannjar b'emissjoni ta' kamp (FE-SEM) ta' trabijiet MA u Cu50Zr40Ni10 miksuba wara tħin bil-blalen b'enerġija baxxa għal 3, 12 u 50 siegħa huma murija f'(a), (c) u (e) għas-sistema Cu50Zr20Ni30, waqt li jkunu fuq l-istess MA. L-immaġnijiet korrispondenti tas-sistema Cu50Zr40Ni10 meħuda wara ż-żmien huma murija f'(b), (d), u (f).
Matul it-tħin tal-blalen, l-enerġija kinetika effettiva li tista' tiġi trasferita lit-trab tal-metall hija affettwata minn taħlita ta' parametri, kif muri fil-Fig. 1a. Dan jinkludi ħabtiet bejn il-blalen u t-trabijiet, kompressjoni shear tat-trab imwaħħal bejn jew bejn il-mezzi tat-tħin, impatti minn blalen li jaqgħu, shear u xedd ikkawżati mill-ġibda tat-trab bejn il-korpi li jiċċaqalqu ta' mitħna tal-blalen, u mewġa ta' xokk li tgħaddi minn blalen li jaqgħu li tippropaga minn kultura mgħobbija (Fig. 1a). Элементарные порошки Cu, Zr и Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на рантади на рантадий сильно деформированы из-за холодной сварки на рантадий привело к образованию крупных частиц порошка (> 1 мм в диаметре). It-trabijiet elementali Cu, Zr, u Ni ġew deformati severament minħabba l-iwweldjar kiesaħ fi stadju bikri tal-MA (3 sigħat), li wassal għall-formazzjoni ta' partiċelli kbar tat-trab (> 1 mm fid-dijametru).Dawn il-partiċelli komposti kbar huma kkaratterizzati mill-formazzjoni ta' saffi ħoxnin ta' elementi ta' liga (Cu, Zr, Ni), kif muri fil-fig. 3a,b. Żieda fil-ħin MA għal 12-il siegħa (stadju intermedju) wasslet għal żieda fl-enerġija kinetika tal-mitħna tal-blalen, li wasslet għad-dekompożizzjoni tat-trab kompost fi trabijiet iżgħar (inqas minn 200 μm), kif muri fil-Fig. 3c, belt. F'dan l-istadju, il-forza shear applikata twassal għall-formazzjoni ta' wiċċ tal-metall ġdid b'saffi rqaq ta' Cu, Zr, Ni, kif muri fil-Fig. 3c, d. Bħala riżultat tat-tħin tas-saffi fl-interfaċċja tal-qxur, iseħħu reazzjonijiet ta' fażi solida bil-formazzjoni ta' fażijiet ġodda.
Fil-qofol tal-proċess MA (wara 50 siegħa), il-metallografija tal-qxur bilkemm kienet notevoli (Fig. 3e, f), u l-metallografija tal-mera ġiet osservata fuq il-wiċċ illustrat tat-trab. Dan ifisser li l-proċess MA tlesta u nħolqot fażi waħda ta' reazzjoni. Il-kompożizzjoni elementali tar-reġjuni indikati fil-Figuri 3e (I, II, III), f, v, vi) ġiet determinata bl-użu tal-mikroskopija elettronika tal-iskannjar tal-emissjoni tal-kamp (FE-SEM) flimkien mal-ispettroskopija tar-raġġi-X b'dispersjoni tal-enerġija (EDS). (IV).
Fit-tabella 2, il-konċentrazzjonijiet elementali tal-elementi tal-liga huma murija bħala perċentwal tal-massa totali ta' kull reġjun magħżul fil-fig. 3e, f. It-tqabbil ta' dawn ir-riżultati mal-kompożizzjonijiet nominali inizjali ta' Cu50Zr20Ni30 u Cu50Zr40Ni10 mogħtija fit-Tabella 1 juri li l-kompożizzjonijiet ta' dawn iż-żewġ prodotti finali huma qrib ħafna tal-kompożizzjonijiet nominali. Barra minn hekk, il-valuri relattivi tal-komponenti għar-reġjuni elenkati fil-Fig. 3e, f ma jissuġġerixxux deterjorament jew varjazzjoni sinifikanti fil-kompożizzjoni ta' kull kampjun minn reġjun għal ieħor. Dan huwa evidenzjat mill-fatt li m'hemm l-ebda bidla fil-kompożizzjoni minn reġjun għal ieħor. Dan jindika l-produzzjoni ta' trabijiet tal-liga uniformi kif muri fit-Tabella 2.
Mikrografi FE-SEM tat-trab tal-prodott finali Cu50(Zr50-xNix) inkisbu wara 50 darba MA, kif muri fil-Fig. 4a-d, fejn x huwa 10, 20, 30 u 40 at.%, rispettivament. Wara dan il-pass tat-tħin, it-trab jinġema' minħabba l-effett van der Waals, li jwassal għall-formazzjoni ta' aggregati kbar li jikkonsistu minn partiċelli ultrafini b'dijametru ta' 73 sa 126 nm, kif muri fil-Figura 4.
Karatteristiċi morfoloġiċi tat-trabijiet Cu50(Zr50-xNix) miksuba wara 50 siegħa MA. Għas-sistemi Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, l-immaġini FE-SEM tat-trabijiet miksuba wara 50 MA huma murija f'(a), (b), (c), u (d), rispettivament.
Qabel ma tgħabbew it-trabijiet fl-alimentatriċi tal-isprej kiesaħ, l-ewwel ġew sonikati f'etanol ta' grad analitiku għal 15-il minuta u mbagħad imnixxfa f'150°C għal sagħtejn. Dan il-pass irid jittieħed biex tiġi miġġielda b'suċċess l-agglomerazzjoni, li ħafna drabi tikkawża ħafna problemi serji fil-proċess tal-kisi. Wara t-tlestija tal-proċess MA, twettqu aktar studji biex tiġi investigata l-omoġenjità tat-trabijiet tal-liga. Fil-fig. 5a–d jidhru mikrografi FE-SEM u immaġini EDS korrispondenti tal-elementi tal-liga Cu, Zr u Ni tal-liga Cu50Zr30Ni20 meħuda wara 50 siegħa ħin M, rispettivament. Ta' min jinnota li t-trabijiet tal-liga miksuba wara dan il-pass huma omoġenji, peress li ma juru l-ebda varjazzjoni fil-kompożizzjoni lil hinn mil-livell sub-nanometru, kif muri fil-Figura 5.
Morfoloġija u distribuzzjoni lokali ta' elementi fit-trab MG Cu50Zr30Ni20 miksub wara 50 MA permezz ta' FE-SEM/Spettroskopija bir-raġġi X b'Dispersjoni tal-Enerġija (EDS). (a) Immaġini SEM u EDS bir-raġġi X ta' (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, u (d) Ni-Kα.
Il-mudelli tad-diffrazzjoni tar-raġġi-X tat-trabijiet Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, u Cu50Zr20Ni30 illigati mekkanikament miksuba wara 50 siegħa MA huma murija fil-Figuri 6a–d, rispettivament. Wara dan l-istadju tat-tħin, il-kampjuni kollha b'konċentrazzjonijiet differenti ta' Zr kellhom strutturi amorfi b'mudelli karatteristiċi ta' diffużjoni tal-halo murija fil-Fig. 6.
Mudelli ta' diffrazzjoni tar-raġġi-X tat-trabijiet Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), u Cu50Zr20Ni30 (d) wara MA għal 50 siegħa. Mudell ta' diffużjoni ta' halo ġie osservat fil-kampjuni kollha mingħajr eċċezzjoni, li jindika l-formazzjoni ta' fażi amorfa.
Mikroskopija elettronika ta' trasmissjoni ta' emissjoni ta' kamp b'riżoluzzjoni għolja (FE-HRTEM) intużat biex jiġu osservati bidliet strutturali u tinftiehem l-istruttura lokali tat-trabijiet li jirriżultaw mit-tħin tal-blalen f'ħinijiet MA differenti. Stampi ta' trabijiet miksuba bil-metodu FE-HRTEM wara l-istadji bikrija (6 sigħat) u intermedji (18-il siegħa) tat-tħin tat-trabijiet Cu50Zr30Ni20 u Cu50Zr40Ni10 huma murija fil-Figuri 7a, rispettivament. Skont l-immaġni ta' kamp qawwi (BFI) tat-trab miksuba wara 6 sigħat ta' MA, it-trab jikkonsisti minn qmuħ kbar b'konfini definiti b'mod ċar tal-elementi fcc-Cu, hcp-Zr, u fcc-Ni, u m'hemm l-ebda sinjali tal-formazzjoni ta' fażi ta' reazzjoni, kif muri fil-Figuri 7a. Barra minn hekk, mudell ta' diffrazzjoni ta' żona magħżula korrelata (SADP) meħud mir-reġjun tan-nofs (a) żvela mudell ta' diffrazzjoni qawwi (Figuri 7b) li jindika l-preżenza ta' kristalliti kbar u n-nuqqas ta' fażi reattiva.
Karatteristiċi strutturali lokali tat-trab MA miksub wara l-istadji bikrija (6 sigħat) u intermedji (18-il siegħa). (a) Mikroskopija elettronika ta' trasmissjoni b'emissjoni ta' kamp b'riżoluzzjoni għolja (FE-HRTEM) u (b) diffrattogramma ta' żona magħżula korrispondenti (SADP) tat-trab Cu50Zr30Ni20 wara trattament MA għal 6 sigħat. L-immaġni FE-HRTEM ta' Cu50Zr40Ni10 miksuba wara 18-il siegħa MA hija murija f'(c).
Kif muri fil-figura 7c, żieda fit-tul tal-MA għal 18-il siegħa wasslet għal difetti serji fil-kannizzata flimkien ma' deformazzjoni tal-plastik. F'dan l-istadju intermedju tal-proċess tal-MA, jidhru diversi difetti fit-trab, inklużi ħsarat fl-istivar, difetti fil-kannizzata, u difetti fil-punti (Figura 7). Dawn id-difetti jikkawżaw il-frammentazzjoni ta' qmuħ kbar tul il-konfini tal-qmuħ f'subqmuħ iżgħar minn 20 nm fid-daqs (Figura 7c).
L-istruttura lokali tat-trab Cu50Z30Ni20 mitħun għal 36 siegħa MA hija kkaratterizzata mill-formazzjoni ta' nanograins ultrafini inkorporati f'matriċi rqiqa amorfa, kif muri fil-Fig. 8a. Analiżi lokali tal-EMF uriet li n-nanoclusters murija fil-Figs. 8a huma assoċjati ma' ligi tat-trab Cu, Zr u Ni mhux ittrattati. Il-kontenut ta' Cu fil-matriċi varja minn ~32 at.% (żona fqira) sa ~74 at.% (żona rikka), li jindika l-formazzjoni ta' prodotti eteroġenji. Barra minn hekk, l-SADPs korrispondenti tat-trabijiet miksuba wara t-tħin f'dan il-pass juru ċrieki tal-fażi amorfa ta' halo-diffusion primarji u sekondarji li jikkoinċidu ma' ponot jaqtgħu assoċjati ma' dawn l-elementi ta' liga mhux ittrattati, kif muri fil-Fig. 8b.
Karatteristiċi strutturali lokali fuq skala nanometrika tat-trab Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20. (a) Immaġni ta' kamp ċar (BFI) u (b) SADP korrispondenti tat-trab Cu50Zr30Ni20 miksub wara tħin għal 36 siegħa MA.
Lejn tmiem il-proċess MA (50 siegħa), it-trabijiet Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30, u 40 at.%, mingħajr eċċezzjoni, għandhom morfoloġija labirintika tal-fażi amorfa, kif muri fil-Fig. . La d-diffrazzjoni tal-punt u lanqas il-mudelli annulari qawwija ma setgħu jiġu skoperti fl-SADS korrispondenti ta' kull kompożizzjoni. Dan jindika n-nuqqas ta' metall kristallin mhux trattat, iżda pjuttost il-formazzjoni ta' trab ta' liga amorfa. Dawn l-SADPs korrelati li juru mudelli ta' diffużjoni tal-halo ntużaw ukoll bħala evidenza għall-iżvilupp ta' fażijiet amorfi fil-materjal tal-prodott finali.
Struttura lokali tal-prodott finali tas-sistema Cu50 MS (Zr50-xNix). FE-HRTEM u mudelli ta' diffrazzjoni tan-nanobeam korrelati (NBDP) ta' (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, u (d) Cu50Zr10Ni40 miksuba wara 50 siegħa ta' MA.
Bl-użu ta' kalorimetrija differenzjali tal-iskannjar, l-istabbiltà termali tat-temperatura tat-tranżizzjoni tal-ħġieġ (Tg), ir-reġjun tal-likwidu super-mkessaħ (ΔTx) u t-temperatura tal-kristallizzazzjoni (Tx) ġiet studjata skont il-kontenut ta' Ni (x) fis-sistema amorfa Cu50(Zr50-xNix). Proprjetajiet (DSC) fil-fluss tal-gass He. Il-kurvi DSC tat-trabijiet tal-ligi amorfi Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, u Cu50Zr10Ni40 miksuba wara MA għal 50 siegħa huma murija fil-Figuri 10a, b, e, rispettivament. Filwaqt li l-kurva DSC tal-amorfu Cu50Zr20Ni30 hija murija separatament fil-Fig. 10 tas-seklu Sadanittant, kampjun Cu50Zr30Ni20 imsaħħan sa ~700°C f'DSC huwa muri fil-Fig. 10g.
L-istabbiltà termali tat-trabijiet Cu50(Zr50-xNix) MG miksuba wara MA għal 50 siegħa hija determinata mit-temperatura tat-tranżizzjoni tal-ħġieġ (Tg), it-temperatura tal-kristallizzazzjoni (Tx) u r-reġjun tal-likwidu super-imkessaħ (ΔTx). Termogrammi tat-trabijiet tal-kalorimetru tal-iskannjar differenzjali (DSC) ta' trabijiet tal-liga Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), u (e) Cu50Zr10Ni40 MG wara MA għal 50 siegħa. Mudell ta' diffrazzjoni bir-raġġi-X (XRD) ta' kampjun Cu50Zr30Ni20 imsaħħan sa ~700°C f'DSC huwa muri f'(d).
Kif muri fil-Figura 10, il-kurvi DSC għall-kompożizzjonijiet kollha b'konċentrazzjonijiet differenti ta' nikil (x) jindikaw żewġ każijiet differenti, wieħed endotermiku u l-ieħor eżotermiku. L-ewwel avveniment endotermiku jikkorrispondi għal Tg, u t-tieni huwa assoċjat ma' Tx. Iż-żona orizzontali li teżisti bejn Tg u Tx tissejjaħ iż-żona tal-likwidu sotto-mkessaħ (ΔTx = Tx – Tg). Ir-riżultati juru li t-Tg u t-Tx tal-kampjun Cu50Zr40Ni10 (Fig. 10a) imqiegħed f'526°C u 612°C iċaqalqu l-kontenut (x) sa 20% lejn in-naħa tat-temperatura baxxa ta' 482°C u 563°C. °C b'żieda fil-kontenut tan-Ni (x), rispettivament, kif muri fil-Figura 10b. Konsegwentement, ΔTx Cu50Zr40Ni10 jonqos minn 86°С (Fig. 10a) għal 81°С għal Cu50Zr30Ni20 (Fig. 10b). Għal-liga MC Cu50Zr40Ni10, ġie osservat ukoll tnaqqis fil-valuri ta' Tg, Tx, u ΔTx għal-livelli ta' 447°С, 526°С, u 79°С (Fig. 10b). Dan jindika li żieda fil-kontenut ta' Ni twassal għal tnaqqis fl-istabbiltà termali tal-liga MS. Għall-kuntrarju, il-valur ta' Tg (507 °C) tal-liga MC Cu50Zr20Ni30 huwa inqas minn dak tal-liga MC Cu50Zr40Ni10; madankollu, it-Tx tagħha juri valur komparabbli miegħu (612 °C). Għalhekk, ΔTx għandu valur ogħla (87°C) kif muri fil-fig. seklu 10.
Is-sistema Cu50(Zr50-xNix) MC, bl-użu tal-liga Cu50Zr20Ni30 MC bħala eżempju, tikkristallizza permezz ta' quċċata eżotermika qawwija f'fażijiet kristallini fcc-ZrCu5, ortorombiku-Zr7Cu10, u ortorombiku-ZrNi (Fig. 10c). Din it-tranżizzjoni tal-fażi minn amorfa għal kristallina ġiet ikkonfermata permezz ta' analiżi tad-diffrazzjoni bir-raġġi-X tal-kampjun MG (Fig. 10d) li ssaħħan sa 700 °C f'DSC.
Il-figura 11 turi ritratti meħuda waqt il-proċess tal-isprej kiesaħ imwettaq fix-xogħol attwali. F'dan l-istudju, intużaw partiċelli tat-trab tal-ħġieġ tal-metall sintetizzati wara MA għal 50 siegħa (bl-użu ta' Cu50Zr20Ni30 bħala eżempju) bħala materja prima antibatterika, u pjanċa tal-azzar li ma jissaddadx (SUS304) ġiet miksija bi sprej kiesaħ. Il-metodu tal-isprej kiesaħ intgħażel għall-kisi fis-serje tat-teknoloġija tal-isprej termali għaliex huwa l-aktar metodu effiċjenti fis-serje tat-teknoloġija tal-isprej termali fejn jista' jintuża għal materjali metalliċi metastabbli sensittivi għas-sħana bħal trab amorfu u nanokristallin. Mhux soġġett għal tranżizzjonijiet ta' fażi. Dan huwa l-fattur ewlieni fl-għażla ta' dan il-metodu. Il-proċess ta' depożizzjoni kiesħa jitwettaq bl-użu ta' partiċelli b'veloċità għolja li jikkonvertu l-enerġija kinetika tal-partiċelli f'deformazzjoni plastika, deformazzjoni u sħana mal-impatt mas-sottostrat jew partiċelli depożitati qabel.
Ritratti fuq il-post juru l-proċedura tal-isprej kiesaħ użata għal ħames preparazzjonijiet suċċessivi ta' MG/SUS 304 f'550°C.
L-enerġija kinetika tal-partiċelli, kif ukoll il-momentum ta’ kull partiċella matul il-formazzjoni tal-kisi, iridu jiġu konvertiti f’forom oħra ta’ enerġija permezz ta’ mekkaniżmi bħad-deformazzjoni tal-plastik (partiċelli primarji u interazzjonijiet interpartiċelli fil-matriċi u interazzjonijiet tal-partiċelli), għoqod interstizjali ta’ solidi, rotazzjoni bejn il-partiċelli, deformazzjoni u limitazzjoni tat-tisħin 39. Barra minn hekk, jekk mhux l-enerġija kinetika kollha li tidħol tiġi konvertita f’enerġija termali u enerġija ta’ deformazzjoni, ir-riżultat ikun ħabta elastika, li jfisser li l-partiċelli sempliċement jaqbżu wara l-impatt. Ġie nnutat li 90% tal-enerġija tal-impatt applikata fuq il-materjal tal-partiċella/sottostrat tiġi konvertita f’sħana lokali 40. Barra minn hekk, meta jiġi applikat stress tal-impatt, jinkisbu rati għoljin ta’ tensjoni tal-plastik fir-reġjun ta’ kuntatt bejn il-partiċella/sottostrat f’ħin qasir ħafna 41,42.
Id-deformazzjoni tal-plastik ġeneralment titqies bħala proċess ta' dissipazzjoni tal-enerġija, jew aħjar, bħala sors ta' sħana fir-reġjun interfaċċjali. Madankollu, iż-żieda fit-temperatura fir-reġjun interfaċċjali ġeneralment mhijiex biżżejjed biex iseħħ tidwib interfaċċjali jew stimulazzjoni sinifikanti tad-diffużjoni reċiproka tal-atomi. L-ebda pubblikazzjoni magħrufa mill-awturi ma investigat l-effett tal-proprjetajiet ta' dawn it-trabijiet metalliċi vitrużi fuq l-adeżjoni tat-trab u l-issetiljar li jseħħu meta jintużaw tekniki ta' sprej kiesaħ.
Il-BFI tat-trab tal-liga MG Cu50Zr20Ni30 jista' jidher fil-Fig. 12a, li ġie depożitat fuq is-sottostrat SUS 304 (Fig. 11, 12b). Kif jidher mill-figura, it-trabijiet miksija jżommu l-istruttura amorfa oriġinali tagħhom peress li għandhom struttura labirintika delikata mingħajr ebda karatteristika kristallina jew difetti fil-kannizzata. Min-naħa l-oħra, l-immaġni tindika l-preżenza ta' fażi barranija, kif evidenzjat min-nanopartiċelli inklużi fil-matriċi tat-trab miksija bl-MG (Fig. 12a). Il-Figura 12c turi l-mudell ta' diffrazzjoni tan-nanobeam indiċjat (NBDP) assoċjat mar-reġjun I (Figura 12a). Kif muri fil-fig. 12c, l-NBDP juri mudell ta' diffużjoni tal-alo dgħajjef ta' struttura amorfa u jikkoeżisti ma' tikek qawwija li jikkorrispondu għal fażi kristallina kubika kbira metastabbli Zr2Ni flimkien ma' fażi tetragonali CuO. Il-formazzjoni ta' CuO tista' tiġi spjegata bl-ossidazzjoni tat-trab meta jiċċaqlaq miż-żennuna tal-pistola tal-isprej għal SUS 304 fl-arja aperta fi fluss supersoniku. Min-naħa l-oħra, id-devitrifikazzjoni tat-trabijiet tal-metall ħġieġi rriżultat fil-formazzjoni ta' fażijiet kubiċi kbar wara trattament ta' sprej kiesaħ f'550°C għal 30 minuta.
(a) Immaġni FE-HRTEM ta' trab MG depożitat fuq (b) sottostrat SUS 304 (Figura mdaħħla). L-indiċi NBDP tas-simbolu tond muri f'(a) huwa muri f'(c).
Biex jiġi ttestjat dan il-mekkaniżmu potenzjali għall-formazzjoni ta' nanopartiċelli kubiċi kbar ta' Zr2Ni, twettaq esperiment indipendenti. F'dan l-esperiment, it-trabijiet ġew sprejjati minn atomizzatur f'550°C fid-direzzjoni tas-sottostrat SUS 304; madankollu, biex jiġi ddeterminat l-effett tat-temprar, it-trabijiet tneħħew mill-istrixxa SUS304 malajr kemm jista' jkun (madwar 60 sekonda). Twettqet serje oħra ta' esperimenti fejn it-trab tneħħa mis-sottostrat madwar 180 sekonda wara l-applikazzjoni.
Il-Figuri 13a,b juru immaġini ta' kamp skur (DFI) permezz ta' Mikroskopija Elettronika ta' Trażmissjoni tal-Iskannjar (STEM) ta' żewġ materjali sputterizzati depożitati fuq sottostrati SUS 304 għal 60 sekonda u 180 sekonda, rispettivament. L-immaġni tat-trab depożitata għal 60 sekonda hija nieqsa minn dettalji morfoloġiċi, u turi nuqqas ta' karatteristiċi (Fig. 13a). Dan ġie kkonfermat ukoll permezz ta' XRD, li wera li l-istruttura ġenerali ta' dawn it-trabijiet kienet amorfa, kif indikat mill-qċaċet wesgħin ta' diffrazzjoni primarja u sekondarja murija fil-Figura 14a. Dan jindika n-nuqqas ta' preċipitati metastabbli/mesofażi, fejn it-trab iżomm l-istruttura amorfa oriġinali tiegħu. B'kuntrast, it-trab depożitat fl-istess temperatura (550°C) iżda li tħalla fuq is-sottostrat għal 180 sekonda wera d-depożizzjoni ta' qmuħ ta' daqs nano, kif muri mill-vleġeġ fil-Fig. 13b.