Nature.comను సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ వెర్షన్‌లో CSS మద్దతు పరిమితంగా ఉంది. ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు అప్‌డేట్ చేయబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాలని (లేదా ఇంటర్నెట్ ఎక్స్‌ప్లోరర్‌లో కంపాటిబిలిటీ మోడ్‌ను నిలిపివేయాలని) మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము. ఈలోగా, మద్దతు కొనసాగేలా చూసేందుకు, మేము స్టైల్స్ మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా సైట్‌ను రెండర్ చేస్తాము.
దీర్ఘకాలిక ఇన్ఫెక్షన్ల అభివృద్ధిలో బయోఫిల్మ్‌లు ఒక ముఖ్యమైన భాగం, ముఖ్యంగా వైద్య పరికరాల విషయంలో. ఈ సమస్య వైద్య సమాజానికి ఒక పెద్ద సవాలుగా ఉంది, ఎందుకంటే ప్రామాణిక యాంటీబయాటిక్స్ బయోఫిల్మ్‌లను చాలా పరిమిత స్థాయిలో మాత్రమే నాశనం చేయగలవు. బయోఫిల్మ్ ఏర్పడటాన్ని నివారించడం వివిధ పూత పద్ధతులు మరియు కొత్త పదార్థాల అభివృద్ధికి దారితీసింది. ఈ పద్ధతులు బయోఫిల్మ్ ఏర్పడటాన్ని నివారించే విధంగా ఉపరితలాలకు పూత పూయడాన్ని లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నాయి. గాజు వంటి లోహ మిశ్రమాలు, ముఖ్యంగా రాగి మరియు టైటానియం లోహాలను కలిగి ఉన్నవి, ఆదర్శవంతమైన యాంటీమైక్రోబయల్ పూతలుగా మారాయి. అదే సమయంలో, ఉష్ణోగ్రతకు సున్నితమైన పదార్థాలను ప్రాసెస్ చేయడానికి ఇది ఒక అనువైన పద్ధతి కావడంతో కోల్డ్ స్ప్రే టెక్నాలజీ వాడకం పెరిగింది. మెకానికల్ అల్లాయింగ్ పద్ధతులను ఉపయోగించి Cu-Zr-Ni త్రయంతో కూడిన మెటాలిక్ గ్లాస్ అనే కొత్త యాంటీ బాక్టీరియల్ ఫిల్మ్‌ను అభివృద్ధి చేయడం ఈ పరిశోధన లక్ష్యాలలో ఒకటి. తుది ఉత్పత్తిని తయారుచేసే గోళాకార పొడిని, తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ ఉపరితలాలపై కోల్డ్ స్ప్రేయింగ్ చేయడానికి ముడి పదార్థంగా ఉపయోగిస్తారు. స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్‌తో పోలిస్తే, మెటల్ గ్లాస్ పూత పూసిన సబ్‌స్ట్రేట్‌లు బయోఫిల్మ్ ఏర్పడటాన్ని కనీసం 1 లాగ్ వరకు గణనీయంగా తగ్గించగలిగాయి.
మానవ చరిత్రలో, ప్రతి సమాజం తన నిర్దిష్ట అవసరాలను తీర్చడానికి కొత్త పదార్థాలను అభివృద్ధి చేసి, వాటిని ప్రవేశపెట్టగలిగింది. దీని ఫలితంగా ప్రపంచీకరణ చెందిన ఆర్థిక వ్యవస్థలో ఉత్పాదకత మరియు ఉన్నత స్థానం లభించాయి¹. ఒక దేశం లేదా ప్రాంతం నుండి మరొక దేశం లేదా ప్రాంతానికి ఆరోగ్యం, విద్య, పరిశ్రమ, ఆర్థిక శాస్త్రం, సంస్కృతి మరియు ఇతర రంగాలలో విజయం సాధించడానికి అవసరమైన పదార్థాలు, తయారీ పరికరాలు, అలాగే పదార్థాల తయారీ మరియు వాటి లక్షణాలను రూపొందించే మానవ సామర్థ్యమే దీనికి కారణమని ఎల్లప్పుడూ చెప్పబడింది. పురోగతిని దేశం లేదా ప్రాంతంతో సంబంధం లేకుండా కొలుస్తారు². 60 సంవత్సరాలుగా, పదార్థ శాస్త్రవేత్తలు ఒక ప్రధాన పనికి చాలా సమయాన్ని కేటాయించారు: కొత్త మరియు అధునాతన పదార్థాల అన్వేషణ. ఇటీవలి పరిశోధనలు ఇప్పటికే ఉన్న పదార్థాల నాణ్యత మరియు పనితీరును మెరుగుపరచడంపై, అలాగే పూర్తిగా కొత్త రకాల పదార్థాలను సంశ్లేషణ చేయడం మరియు ఆవిష్కరించడంపై దృష్టి సారించాయి.
మిశ్రణ మూలకాలను జోడించడం, పదార్థం యొక్క సూక్ష్మ నిర్మాణాన్ని సవరించడం మరియు ఉష్ణ, యాంత్రిక లేదా ఉష్ణయాంత్రిక చికిత్సా పద్ధతులను అనువర్తించడం వంటివి వివిధ పదార్థాల యాంత్రిక, రసాయన మరియు భౌతిక లక్షణాలలో గణనీయమైన మెరుగుదలకు దారితీశాయి. అదనంగా, ఇంతవరకు తెలియని సమ్మేళనాలను విజయవంతంగా సంశ్లేషించడం జరిగింది. ఈ నిరంతర ప్రయత్నాలు, సమిష్టిగా 'అధునాతన పదార్థాలు'2 అని పిలువబడే ఒక కొత్త రకం వినూత్న పదార్థాల ఆవిర్భావానికి దారితీశాయి. నానోక్రిస్టల్స్, నానోపార్టికల్స్, నానోట్యూబ్స్, క్వాంటం డాట్స్, జీరో-డైమెన్షనల్, అమార్ఫస్ మెటాలిక్ గ్లాసెస్ మరియు హై-ఎంట్రోపీ మిశ్రమాలు అనేవి గత శతాబ్దం మధ్యకాలం నుండి ప్రపంచంలో ఆవిర్భవించిన అధునాతన పదార్థాలకు కొన్ని ఉదాహరణలు మాత్రమే. మెరుగైన లక్షణాలతో కొత్త మిశ్రమాల తయారీ మరియు అభివృద్ధిలో, తుది ఉత్పత్తిలో మరియు దాని ఉత్పత్తి యొక్క మధ్యంతర దశలలో, తరచుగా అసమతుల్యత సమస్య ఎదురవుతుంది. సమతౌల్యం నుండి గణనీయమైన విచలనాలకు అనుమతించే కొత్త తయారీ పద్ధతులను ప్రవేశపెట్టడం ఫలితంగా, 'మెటాలిక్ గ్లాసెస్' అని పిలువబడే ఒక సరికొత్త రకం మెటాస్టేబుల్ మిశ్రమాలు కనుగొనబడ్డాయి.
1960లో కాల్టెక్‌లో ఆయన చేసిన కృషి, సెకనుకు దాదాపు పది లక్షల డిగ్రీల వేగంతో ద్రవాలను ఘనీభవింపజేసి Au-25 at.% Si గాజు మిశ్రమలోహాలను సంశ్లేషణ చేయడం ద్వారా లోహ మిశ్రమలోహాల భావనలో విప్లవాత్మక మార్పులు తెచ్చింది. 4 ప్రొఫెసర్ పాల్ డ్యూవ్స్ యొక్క ఈ ఆవిష్కరణ లోహ గాజుల (MS) చరిత్రకు నాంది పలకడమే కాకుండా, లోహ మిశ్రమలోహాల గురించి ప్రజలు ఆలోచించే విధానంలో ఒక సమూల మార్పుకు దారితీసింది. MS మిశ్రమలోహాల సంశ్లేషణలో మొట్టమొదటి మార్గదర్శక పరిశోధన జరిగినప్పటి నుండి, దాదాపు అన్ని లోహ గాజులను ఈ క్రింది పద్ధతులలో ఒకదానిని ఉపయోగించి పూర్తిగా పొందారు: (i) ద్రవ లేదా ఆవిరి యొక్క వేగవంతమైన ఘనీభవనం, (ii) పరమాణు జాలక క్రమరాహిత్యం, (iii) స్వచ్ఛమైన లోహ మూలకాల మధ్య ఘనస్థితి నిరాకార చర్యలు మరియు (iv) అస్థిర దశల యొక్క ఘనస్థితి పరివర్తనాలు.
స్ఫటికాలతో ముడిపడి ఉన్న దీర్ఘ-శ్రేణి పరమాణు క్రమం లేకపోవడం ద్వారా మెటాలిక్ గ్లాస్‌లు (MGs) విభిన్నంగా ఉంటాయి, ఇది స్ఫటికాల యొక్క నిర్వచించే లక్షణం. ఆధునిక ప్రపంచంలో, మెటాలిక్ గ్లాస్ రంగంలో గొప్ప పురోగతి సాధించబడింది. ఇవి ఆసక్తికరమైన లక్షణాలతో కూడిన కొత్త పదార్థాలు, ఇవి సాలిడ్ స్టేట్ ఫిజిక్స్‌కు మాత్రమే కాకుండా, లోహశాస్త్రం, ఉపరితల రసాయన శాస్త్రం, సాంకేతికత, జీవశాస్త్రం మరియు అనేక ఇతర రంగాలకు కూడా ఆసక్తిని కలిగిస్తాయి. ఈ కొత్త రకం పదార్థం గట్టి లోహాల కంటే భిన్నమైన లక్షణాలను కలిగి ఉంది, ఇది వివిధ రంగాలలో సాంకేతిక అనువర్తనాలకు ఆసక్తికరమైన అభ్యర్థిగా నిలుస్తుంది. అవి కొన్ని ముఖ్యమైన లక్షణాలను కలిగి ఉన్నాయి: (i) అధిక యాంత్రిక డక్టిలిటీ మరియు యీల్డ్ స్ట్రెంగ్త్, (ii) అధిక అయస్కాంత పారగమ్యత, (iii) తక్కువ కోయెర్సివిటీ, (iv) అసాధారణ తుప్పు నిరోధకత, (v) ఉష్ణోగ్రత స్వాతంత్ర్యం. వాహకత్వం 6.7.
మెకానికల్ అల్లాయింగ్ (MA)1,8 అనేది సాపేక్షంగా ఒక కొత్త పద్ధతి, దీనిని మొదటిసారిగా 19839లో ప్రొఫెసర్ కె.కె. కోక్ మరియు అతని సహచరులు ప్రవేశపెట్టారు. వారు గది ఉష్ణోగ్రతకు చాలా దగ్గరగా ఉండే పరిసర ఉష్ణోగ్రత వద్ద స్వచ్ఛమైన మూలకాల మిశ్రమాన్ని రుబ్బడం ద్వారా నిరాకార Ni60Nb40 పొడులను ఉత్పత్తి చేశారు. సాధారణంగా, MA చర్యను ఒక రియాక్టర్‌లో (సాధారణంగా స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్‌తో తయారు చేయబడినది) బాల్ మిల్లులోకి రియాక్టెంట్ పొడులను వ్యాపన బంధం ద్వారా కలపడం ద్వారా నిర్వహిస్తారు.10 (పటం 1a, b). అప్పటి నుండి, ఈ యాంత్రికంగా ప్రేరేపిత ఘన స్థితి చర్య పద్ధతిని తక్కువ (పటం 1c) మరియు అధిక శక్తి గల బాల్ మిల్లులు మరియు రాడ్ మిల్లులను11,12,13,14,15,16 ఉపయోగించి కొత్త నిరాకార/లోహ గాజు మిశ్రమలోహ పొడులను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించారు. ప్రత్యేకించి, ఈ పద్ధతిని Cu-Ta17 వంటి కలవని వ్యవస్థలను అలాగే Al-పరివర్తన లోహం (TM, Zr, Hf, Nb మరియు Ta)18,19 మరియు Fe-W20 వ్యవస్థల వంటి అధిక ద్రవీభవన స్థానం గల మిశ్రమలోహాలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించారు. సాంప్రదాయ వంట పద్ధతులను ఉపయోగించి పొందలేనిది. అదనంగా, మెటల్ ఆక్సైడ్‌లు, కార్బైడ్‌లు, నైట్రైడ్‌లు, హైడ్రైడ్‌లు, కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు, నానోడైమండ్‌ల యొక్క నానోక్రిస్టలైన్ మరియు నానోకాంపోజిట్ పౌడర్ కణాల పారిశ్రామిక స్థాయి ఉత్పత్తికి, అలాగే టాప్-డౌన్ విధానాన్ని ఉపయోగించి విస్తృత స్థిరీకరణకు MA అత్యంత శక్తివంతమైన నానోటెక్నలాజికల్ సాధనాలలో ఒకటిగా పరిగణించబడుతుంది. 1 మరియు అస్థిర దశలు.
ఈ అధ్యయనంలో Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 మెటాలిక్ గ్లాస్ కోటింగ్‌ను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించిన ఫ్యాబ్రికేషన్ పద్ధతిని చూపించే రేఖాచిత్రం. (a) తక్కువ-శక్తి బాల్ మిల్లింగ్ పద్ధతిని ఉపయోగించి వివిధ Ni x గాఢతలతో (x; 10, 20, 30, మరియు 40 అణు శాతం) MC మిశ్రమలోహ పొడుల తయారీ. (a) ప్రారంభ పదార్థాన్ని టూల్ స్టీల్ బంతులతో పాటు ఒక టూల్ సిలిండర్‌లో లోడ్ చేసి, (b) హీలియం వాతావరణంతో నింపిన గ్లోవ్ బాక్స్‌లో సీల్ చేస్తారు. (c) గ్రైండింగ్ సమయంలో బంతి కదలికను వివరిస్తూ, గ్రైండింగ్ పాత్ర యొక్క పారదర్శక నమూనా. 50 గంటల తర్వాత పొందిన తుది పొడి ఉత్పత్తిని SUS 304 సబ్‌స్ట్రేట్‌పై కోల్డ్ స్ప్రే కోటింగ్ చేయడానికి ఉపయోగించారు (d).
స్థూల పదార్థాల ఉపరితలాల (సబ్‌స్ట్రేట్‌ల) విషయానికి వస్తే, అసలు స్థూల పదార్థంలో లేని కొన్ని భౌతిక, రసాయన మరియు సాంకేతిక లక్షణాలను అందించడానికి ఉపరితలాలను (సబ్‌స్ట్రేట్‌లను) రూపకల్పన చేయడం మరియు సవరించడం సర్ఫేస్ ఇంజనీరింగ్‌లో భాగంగా ఉంటుంది. ఉపరితల చికిత్స ద్వారా సమర్థవంతంగా మెరుగుపరచగల కొన్ని లక్షణాలలో రాపిడి, ఆక్సీకరణ మరియు తుప్పు నిరోధకత, ఘర్షణ గుణకం, జీవ జడత్వం, విద్యుత్ లక్షణాలు మరియు ఉష్ణ ఇన్సులేషన్ వంటివి కొన్ని. లోహశాస్త్ర, యాంత్రిక లేదా రసాయన పద్ధతుల ద్వారా ఉపరితల నాణ్యతను మెరుగుపరచవచ్చు. ఒక సుప్రసిద్ధ ప్రక్రియగా, పూతను (కోటింగ్) మరొక పదార్థంతో తయారు చేయబడిన స్థూల వస్తువు (సబ్‌స్ట్రేట్) యొక్క ఉపరితలంపై కృత్రిమంగా పూయబడిన ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ పదార్థపు పొరలుగా సరళంగా నిర్వచించవచ్చు. అందువల్ల, కావలసిన సాంకేతిక లేదా అలంకార లక్షణాలను సాధించడానికి, అలాగే పర్యావరణంతో ఆశించిన రసాయన మరియు భౌతిక పరస్పర చర్యల నుండి పదార్థాలను రక్షించడానికి పూతలను ఉపయోగిస్తారు23.
కొన్ని మైక్రోమీటర్ల (10-20 మైక్రోమీటర్ల కంటే తక్కువ) నుండి 30 మైక్రోమీటర్ల కంటే ఎక్కువ లేదా అనేక మిల్లీమీటర్ల మందం వరకు తగిన రక్షిత పొరలను పూయడానికి వివిధ పద్ధతులు మరియు సాంకేతికతలను ఉపయోగించవచ్చు. సాధారణంగా, పూత ప్రక్రియలను రెండు వర్గాలుగా విభజించవచ్చు: (i) ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్, ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్ మరియు హాట్ డిప్ గాల్వనైజింగ్‌తో సహా తడి పూత పద్ధతులు, మరియు (ii) సోల్డరింగ్, హార్డ్‌ఫేసింగ్, ఫిజికల్ వేపర్ డిపోజిషన్ (PVD), కెమికల్ వేపర్ డిపోజిషన్ (CVD), థర్మల్ స్ప్రే టెక్నిక్‌లు మరియు ఇటీవల కోల్డ్ స్ప్రే టెక్నిక్‌లతో సహా పొడి పూత పద్ధతులు 24 (చిత్రం 1డి).
బయోఫిల్మ్‌లు అంటే ఉపరితలాలకు శాశ్వతంగా అతుక్కుని, స్వయంగా ఉత్పత్తి చేసుకున్న ఎక్స్‌ట్రాసెల్యులార్ పాలిమర్‌ల (EPS)తో చుట్టుముట్టబడిన సూక్ష్మజీవుల సముదాయాలుగా నిర్వచించబడ్డాయి. ఉపరితలంపై పరిపక్వమైన బయోఫిల్మ్ ఏర్పడటం వల్ల ఆహార శుద్ధి, నీటి వ్యవస్థలు మరియు ఆరోగ్య సంరక్షణతో సహా అనేక పరిశ్రమలలో గణనీయమైన నష్టాలు సంభవించవచ్చు. మానవులలో, బయోఫిల్మ్‌లు ఏర్పడటంతో, 80% కంటే ఎక్కువ సూక్ష్మజీవుల సంక్రమణ కేసులకు (ఎంటరోబాక్టీరియేసి మరియు స్టెఫిలోకాకైతో సహా) చికిత్స చేయడం కష్టమవుతుంది. అదనంగా, ప్లాంక్టోనిక్ బాక్టీరియా కణాలతో పోలిస్తే, పరిపక్వమైన బయోఫిల్మ్‌లు యాంటీబయాటిక్ చికిత్సకు 1000 రెట్లు ఎక్కువ నిరోధకతను కలిగి ఉన్నాయని నివేదించబడింది, ఇది ఒక ప్రధాన చికిత్సా సవాలుగా పరిగణించబడుతుంది. చారిత్రాత్మకంగా, సాధారణ సేంద్రీయ సమ్మేళనాల నుండి తీసుకోబడిన యాంటీమైక్రోబయల్ ఉపరితల పూత పదార్థాలు ఉపయోగించబడ్డాయి. అటువంటి పదార్థాలు తరచుగా మానవులకు హాని కలిగించే విషపూరిత భాగాలను కలిగి ఉన్నప్పటికీ,25,26 ఇది బాక్టీరియా వ్యాప్తిని మరియు పదార్థ క్షీణతను నివారించడంలో సహాయపడుతుంది.
బయోఫిల్మ్ ఏర్పడటం వల్ల యాంటీబయాటిక్ చికిత్సకు బాక్టీరియాలో విస్తృతంగా నిరోధకత ఏర్పడటంతో, సురక్షితంగా పూయగల సమర్థవంతమైన యాంటీమైక్రోబయల్ పొర పూత పూసిన ఉపరితలాన్ని అభివృద్ధి చేయవలసిన అవసరం ఏర్పడింది27. బాక్టీరియా కణాలు అంటుకొని, అతుక్కోవడం వలన బయోఫిల్మ్‌లను ఏర్పరచలేని భౌతిక లేదా రసాయన అంటుకోని ఉపరితలాన్ని అభివృద్ధి చేయడం ఈ ప్రక్రియలో మొదటి విధానం27. రెండవ సాంకేతికత ఏమిటంటే, యాంటీమైక్రోబయల్ రసాయనాలను అత్యంత గాఢమైన మరియు అనుకూలమైన పరిమాణాలలో, సరిగ్గా అవసరమైన చోట అందించే పూతలను అభివృద్ధి చేయడం. బాక్టీరియాను నిరోధించే గ్రాఫేన్/జెర్మేనియం28, బ్లాక్ డైమండ్29 మరియు ZnO30-డోప్డ్ డైమండ్-లైక్ కార్బన్ పూతల వంటి ప్రత్యేకమైన పూత పదార్థాలను అభివృద్ధి చేయడం ద్వారా ఇది సాధించబడుతుంది. ఈ సాంకేతికత బయోఫిల్మ్ ఏర్పడటం వలన కలిగే విషపూరితత మరియు నిరోధకత అభివృద్ధిని గరిష్ఠ స్థాయికి పెంచుతుంది. అదనంగా, బాక్టీరియా కాలుష్యం నుండి దీర్ఘకాలిక రక్షణను అందించే క్రిమిసంహారక రసాయనాలను కలిగి ఉన్న పూతలు కూడా బాగా ప్రాచుర్యం పొందుతున్నాయి. ఈ మూడు పద్ధతులు పూత పూసిన ఉపరితలాలపై యాంటీమైక్రోబయల్ చర్యను చూపగల సామర్థ్యం కలిగి ఉన్నప్పటికీ, అప్లికేషన్ వ్యూహాన్ని అభివృద్ధి చేసేటప్పుడు పరిగణించవలసిన దాని స్వంత పరిమితులు ప్రతిదానికీ ఉన్నాయి.
జీవక్రియాశీల పదార్థాల కోసం రక్షిత పూతలను విశ్లేషించడానికి మరియు పరీక్షించడానికి సమయం లేకపోవడం వల్ల ప్రస్తుతం మార్కెట్లో ఉన్న ఉత్పత్తులు ఆటంకాలను ఎదుర్కొంటున్నాయి. తమ ఉత్పత్తులు వినియోగదారులకు ఆశించిన క్రియాత్మక అంశాలను అందిస్తాయని కంపెనీలు పేర్కొంటున్నాయి, అయితే, ఇది ప్రస్తుతం మార్కెట్లో ఉన్న ఉత్పత్తుల విజయానికి ఒక అడ్డంకిగా మారింది. ప్రస్తుతం వినియోగదారులకు అందుబాటులో ఉన్న అత్యధిక యాంటీమైక్రోబయల్స్‌లో వెండి నుండి తీసుకోబడిన సమ్మేళనాలను ఉపయోగిస్తున్నారు. ఈ ఉత్పత్తులు సూక్ష్మజీవుల నుండి సంభావ్య హానికరమైన ప్రభావం నుండి వినియోగదారులను రక్షించడానికి రూపొందించబడ్డాయి. వెండి సమ్మేళనాల యొక్క ఆలస్యమైన యాంటీమైక్రోబయల్ ప్రభావం మరియు దానితో సంబంధం ఉన్న విషపూరిత స్వభావం, తక్కువ హానికరమైన ప్రత్యామ్నాయాన్ని అభివృద్ధి చేయడానికి పరిశోధకులపై ఒత్తిడిని పెంచుతున్నాయి36,37. లోపల మరియు బయట పనిచేసే ఒక సమగ్ర యాంటీమైక్రోబయల్ పూతను సృష్టించడం ఒక సవాలుగా మిగిలిపోయింది. దీనితో పాటు ఆరోగ్య మరియు భద్రతాపరమైన ప్రమాదాలు కూడా ముడిపడి ఉన్నాయి. మానవులకు తక్కువ హాని కలిగించే యాంటీమైక్రోబయల్ ఏజెంట్‌ను కనుగొనడం మరియు ఎక్కువ కాలం నిల్వ ఉండే పూత పదార్థాలలో దానిని ఎలా పొందుపరచాలో గుర్తించడం అనేది ఎంతగానో కోరుకునే లక్ష్యం38. సరికొత్త యాంటీమైక్రోబయల్ మరియు యాంటీబయోఫిల్మ్ పదార్థాలు, బ్యాక్టీరియాను దగ్గరి పరిధిలో ప్రత్యక్ష స్పర్శ ద్వారా లేదా క్రియాశీల ఏజెంట్‌ను విడుదల చేసిన తర్వాత చంపడానికి రూపొందించబడ్డాయి. అవి ప్రారంభ బ్యాక్టీరియా అంటుకోవడాన్ని నిరోధించడం ద్వారా (ఉపరితలంపై ప్రోటీన్ పొర ఏర్పడకుండా నివారించడంతో సహా) లేదా కణ గోడకు అంతరాయం కలిగించడం ద్వారా బ్యాక్టీరియాను చంపి ఈ పనిని చేయగలవు.
ముఖ్యంగా, ఉపరితల పూత అనేది ఒక భాగం యొక్క ఉపరితల లక్షణాలను మెరుగుపరచడానికి దాని ఉపరితలంపై మరొక పొరను పూసే ప్రక్రియ. ఉపరితల పూత యొక్క ఉద్దేశ్యం ఒక భాగం యొక్క ఉపరితలానికి సమీప ప్రాంతం యొక్క సూక్ష్మ నిర్మాణాన్ని మరియు/లేదా కూర్పును మార్చడం39. ఉపరితల పూత పద్ధతులను వివిధ పద్ధతులుగా విభజించవచ్చు, అవి పటం 2aలో సంగ్రహించబడ్డాయి. పూతను సృష్టించడానికి ఉపయోగించే పద్ధతిని బట్టి పూతలను ఉష్ణ, రసాయన, భౌతిక మరియు విద్యుత్ రసాయన వర్గాలుగా విభజించవచ్చు.
(ఎ) ప్రధాన ఉపరితల తయారీ పద్ధతులను చూపించే ఒక చిన్న పటం, మరియు (బి) కోల్డ్ స్ప్రే పద్ధతి యొక్క ఎంపిక చేసిన ప్రయోజనాలు మరియు అప్రయోజనాలు.
కోల్డ్ స్ప్రే టెక్నాలజీకి, సాంప్రదాయ థర్మల్ స్ప్రే టెక్నిక్‌లకు చాలా పోలికలు ఉన్నాయి. అయినప్పటికీ, కోల్డ్ స్ప్రే ప్రక్రియను మరియు కోల్డ్ స్ప్రే మెటీరియల్స్‌ను ప్రత్యేకంగా విశిష్టంగా చేసే కొన్ని కీలకమైన ప్రాథమిక లక్షణాలు కూడా ఉన్నాయి. కోల్డ్ స్ప్రే టెక్నాలజీ ఇంకా శైశవ దశలోనే ఉంది, కానీ దీనికి గొప్ప భవిష్యత్తు ఉంది. కొన్ని సందర్భాల్లో, కోల్డ్ స్ప్రేయింగ్ యొక్క విశిష్ట లక్షణాలు, సాంప్రదాయ థర్మల్ స్ప్రేయింగ్ టెక్నిక్‌ల పరిమితులను అధిగమించి గొప్ప ప్రయోజనాలను అందిస్తాయి. ఇది సాంప్రదాయ థర్మల్ స్ప్రే టెక్నాలజీ యొక్క ముఖ్యమైన పరిమితులను అధిగమిస్తుంది, దీనిలో పౌడర్‌ను కరిగించి సబ్‌స్ట్రేట్‌పై పూయవలసి ఉంటుంది. స్పష్టంగా, ఈ సాంప్రదాయ కోటింగ్ ప్రక్రియ నానోక్రిస్టల్స్, నానోపార్టికల్స్, అమార్ఫస్ మరియు మెటాలిక్ గ్లాసెస్40, 41, 42 వంటి అధిక ఉష్ణోగ్రత సున్నితత్వం గల మెటీరియల్స్‌కు అనుకూలం కాదు. అదనంగా, థర్మల్ స్ప్రే కోటింగ్ మెటీరియల్స్‌లో ఎల్లప్పుడూ అధిక స్థాయిలో పోరోసిటీ మరియు ఆక్సైడ్‌లు ఉంటాయి. థర్మల్ స్ప్రే టెక్నాలజీతో పోలిస్తే కోల్డ్ స్ప్రే టెక్నాలజీకి అనేక ముఖ్యమైన ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి, అవి (i) సబ్‌స్ట్రేట్‌కు కనీస ఉష్ణ ప్రవేశం, (ii) సబ్‌స్ట్రేట్ కోటింగ్‌ను ఎంచుకోవడంలో సౌలభ్యం, (iii) ఫేజ్ ట్రాన్స్‌ఫర్మేషన్ మరియు గ్రెయిన్ గ్రోత్ లేకపోవడం, (iv) అధిక అతుక్కునే బలం1 .39 (Fig. 2b). అదనంగా, కోల్డ్ స్ప్రే కోటింగ్ పదార్థాలు అధిక తుప్పు నిరోధకత, అధిక బలం మరియు కాఠిన్యం, అధిక విద్యుత్ వాహకత మరియు అధిక సాంద్రతను కలిగి ఉంటాయి41. కోల్డ్ స్ప్రే ప్రక్రియ యొక్క ప్రయోజనాలు ఉన్నప్పటికీ, చిత్రం 2bలో చూపిన విధంగా ఈ పద్ధతికి ఇప్పటికీ కొన్ని లోపాలు ఉన్నాయి. Al2O3, TiO2, ZrO2, WC మొదలైన స్వచ్ఛమైన సిరామిక్ పౌడర్‌లకు కోటింగ్ వేసేటప్పుడు, కోల్డ్ స్ప్రే పద్ధతిని ఉపయోగించలేము. మరోవైపు, సిరామిక్/మెటల్ కాంపోజిట్ పౌడర్‌లను కోటింగ్‌ల కోసం ముడి పదార్థాలుగా ఉపయోగించవచ్చు. ఇతర థర్మల్ స్ప్రేయింగ్ పద్ధతులకు కూడా ఇదే వర్తిస్తుంది. కఠినమైన ఉపరితలాలు మరియు పైపు లోపలి భాగాలపై స్ప్రే చేయడం ఇప్పటికీ కష్టమే.
ప్రస్తుత పరిశోధన పూతలకు ప్రారంభ పదార్థాలుగా లోహ గాజు పొడులను ఉపయోగించడంపై దృష్టి సారించినందున, ఈ ప్రయోజనం కోసం సాంప్రదాయ థర్మల్ స్ప్రేయింగ్‌ను ఉపయోగించలేమని స్పష్టమవుతుంది. దీనికి కారణం లోహ గాజు పొడులు అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద స్ఫటికీకరణ చెందడమే¹.
వైద్య మరియు ఆహార పరిశ్రమలలో ఉపయోగించే చాలా పరికరాలు, శస్త్రచికిత్స పరికరాల తయారీ కోసం 12 నుండి 20 wt.% క్రోమియం కలిగిన ఆస్టెనిటిక్ స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ మిశ్రమ లోహాలతో (SUS316 మరియు SUS304) తయారు చేయబడతాయి. స్టీల్ మిశ్రమ లోహాలలో క్రోమియం లోహాన్ని ఒక మిశ్రమ మూలకంగా ఉపయోగించడం వల్ల ప్రామాణిక స్టీల్ మిశ్రమ లోహాల తుప్పు నిరోధకతను గణనీయంగా మెరుగుపరచవచ్చని సాధారణంగా అంగీకరించబడింది. స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ మిశ్రమ లోహాలు, వాటి అధిక తుప్పు నిరోధకత ఉన్నప్పటికీ, ముఖ్యమైన సూక్ష్మజీవనాశక లక్షణాలను కలిగి ఉండవు38,39. ఇది వాటి అధిక తుప్పు నిరోధకతకు విరుద్ధంగా ఉంటుంది. ఆ తర్వాత, స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ బయోమెటీరియల్స్ ఉపరితలంపై బ్యాక్టీరియా అంటుకోవడం మరియు స్థిరపడటం వలన ప్రధానంగా సంభవించే ఇన్ఫెక్షన్ మరియు వాపు అభివృద్ధిని అంచనా వేయడం సాధ్యమవుతుంది. బ్యాక్టీరియా అంటుకోవడం మరియు బయోఫిల్మ్ ఏర్పడే మార్గాలతో సంబంధం ఉన్న ముఖ్యమైన ఇబ్బందుల కారణంగా గణనీయమైన సమస్యలు తలెత్తవచ్చు, ఇది అనారోగ్యానికి దారితీస్తుంది, దీనివల్ల మానవ ఆరోగ్యంపై ప్రత్యక్షంగా లేదా పరోక్షంగా ప్రభావం చూపే అనేక పరిణామాలు సంభవించవచ్చు.
ఈ అధ్యయనం, కువైట్ ఫౌండేషన్ ఫర్ ది అడ్వాన్స్‌మెంట్ ఆఫ్ సైన్స్ (KFAS) వారి నిధులతో (కాంట్రాక్ట్ నెం. 2010-550401) చేపట్టిన ఒక ప్రాజెక్టు యొక్క మొదటి దశ. దీని ముఖ్య ఉద్దేశ్యం, MA టెక్నాలజీని (పట్టిక) ఉపయోగించి మెటాలిక్ గ్లాసీ Cu-Zr-Ni టెర్నరీ పౌడర్‌లను ఉత్పత్తి చేసే సాధ్యాసాధ్యాలను పరిశోధించడం. 1) SUS304 యాంటీ బాక్టీరియల్ ఉపరితల రక్షణ ఫిల్మ్/కోటింగ్ ఉత్పత్తి కోసం. జనవరి 2023లో ప్రారంభం కానున్న ఈ ప్రాజెక్టు రెండవ దశలో, ఈ వ్యవస్థ యొక్క గాల్వానిక్ తుప్పు లక్షణాలు మరియు యాంత్రిక లక్షణాలను వివరంగా అధ్యయనం చేస్తారు. వివిధ రకాల బాక్టీరియాల కోసం వివరణాత్మక సూక్ష్మజీవ పరీక్షలు నిర్వహించబడతాయి.
ఈ వ్యాసం, రూపాత్మక మరియు నిర్మాణ లక్షణాల ఆధారంగా, గ్లాస్ ఫార్మింగ్ ఎబిలిటీ (GFA) పై Zr మిశ్రమలోహ పరిమాణం యొక్క ప్రభావాన్ని చర్చిస్తుంది. అదనంగా, పౌడర్ కోటెడ్ మెటల్ గ్లాస్/SUS304 కాంపోజిట్ యొక్క యాంటీ బాక్టీరియల్ లక్షణాలను కూడా చర్చించడం జరిగింది. అంతేకాకుండా, తయారు చేయబడిన మెటాలిక్ గ్లాస్ సిస్టమ్స్ యొక్క అతిశీతల ద్రవ ప్రాంతంలో కోల్డ్ స్ప్రేయింగ్ సమయంలో మెటాలిక్ గ్లాస్ పౌడర్లలో సంభవించే నిర్మాణ పరివర్తన యొక్క అవకాశాన్ని పరిశోధించడానికి పని కొనసాగుతోంది. ఈ అధ్యయనంలో Cu50Zr30Ni20 మరియు Cu50Zr20Ni30 మెటాలిక్ గ్లాస్ మిశ్రమలోహాలను ప్రాతినిధ్య ఉదాహరణలుగా ఉపయోగించారు.
ఈ విభాగం తక్కువ-శక్తి బాల్ మిల్లింగ్ సమయంలో మూలక Cu, Zr మరియు Ni పొడులలో జరిగే స్వరూప మార్పులను వివరిస్తుంది. Cu50Zr20Ni30 మరియు Cu50Zr40Ni10 లతో కూడిన రెండు విభిన్న వ్యవస్థలను ఉదాహరణలుగా ఉపయోగించడం జరుగుతుంది. గ్రైండింగ్ దశలో పొందిన పొడి యొక్క మెటలోగ్రాఫిక్ లక్షణాల ద్వారా రుజువు అయినట్లుగా (పటం 3), MA ప్రక్రియను మూడు వేర్వేరు దశలుగా విభజించవచ్చు.
వివిధ దశల బాల్ గ్రైండింగ్ తర్వాత పొందిన మెకానికల్ అల్లాయ్స్ (MA) పౌడర్ల యొక్క మెటలోగ్రాఫిక్ లక్షణాలు. అదే MA పై, Cu50Zr20Ni30 సిస్టమ్ కోసం 3, 12 మరియు 50 గంటల పాటు తక్కువ శక్తి బాల్ మిల్లింగ్ తర్వాత పొందిన MA మరియు Cu50Zr40Ni10 పౌడర్ల యొక్క ఫీల్డ్ ఎమిషన్ స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (FE-SEM) చిత్రాలు (a), (c) మరియు (e) లలో చూపబడ్డాయి. కొంత సమయం తర్వాత తీసిన Cu50Zr40Ni10 సిస్టమ్ యొక్క సంబంధిత చిత్రాలు (b), (d), మరియు (f) లలో చూపబడ్డాయి.
బాల్ మిల్లింగ్ సమయంలో, లోహపు పొడికి బదిలీ చేయబడే ప్రభావవంతమైన గతి శక్తి అనేక పారామితుల కలయిక ద్వారా ప్రభావితమవుతుంది, ఇది పటం 1aలో చూపబడింది. వీటిలో బంతులు మరియు పొడుల మధ్య ఢీకొనడం, గ్రైండింగ్ మీడియా మధ్య లేదా వాటి మధ్య ఇరుక్కుపోయిన పొడి యొక్క కోత సంపీడనం, కింద పడే బంతుల తాకిడి, బాల్ మిల్ యొక్క కదిలే భాగాల మధ్య పొడి రాపిడి వలన కలిగే కోత మరియు అరుగుదల, మరియు కింద పడే బంతుల గుండా ప్రయాణించి లోడ్ చేయబడిన కల్చర్ అంతటా వ్యాపించే షాక్ వేవ్ (పటం 1a) వంటివి ఉన్నాయి. ఎలెమెంటర్ పోరోష్కి Cu, Zr మరియు Ni బైలి సిల్నో ఫార్మర్మిరోవాని ఇజ్-జా హాలోడ్నోయ్ స్వర్కి ఆన్ రానేయ్ స్టడీ (ఛాడీ 3), ప్రైవేలో క్ ఒబ్రజోవానియు క్రూప్నిహ్ CHастиц порошка (> 1 మి.మీ.లో). MA యొక్క ప్రారంభ దశలో (3 గంటలు) కోల్డ్ వెల్డింగ్ కారణంగా మూలక Cu, Zr, మరియు Ni పొడులు తీవ్రంగా రూపాంతరం చెందాయి, దీనివల్ల పెద్ద పొడి కణాలు (> 1 మిమీ వ్యాసం) ఏర్పడ్డాయి.పటం 3a,b లో చూపిన విధంగా, ఈ పెద్ద మిశ్రమ కణాలు మిశ్రమ మూలకాల (Cu, Zr, Ni) మందపాటి పొరల ఏర్పాటును కలిగి ఉంటాయి. MA సమయాన్ని 12 గంటలకు (మధ్యంతర దశ) పెంచడం వల్ల బాల్ మిల్ యొక్క గతి శక్తి పెరిగింది, ఇది పటం 3c,d లో చూపిన విధంగా మిశ్రమ పొడిని చిన్న పొడులుగా (200 μm కంటే తక్కువ) విడగొట్టడానికి దారితీసింది. ఈ దశలో, ప్రయోగించిన కోత బలం, పటం 3c,d లో చూపిన విధంగా, పలుచని Cu, Zr, Ni పొరలతో కూడిన కొత్త లోహ ఉపరితలం ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది. రేకుల మధ్య ఉన్న పొరలను రుబ్బడం వలన, కొత్త దశలు ఏర్పడటంతో ఘన-దశ ప్రతిచర్యలు సంభవిస్తాయి.
MA ప్రక్రియ యొక్క పరాకాష్టలో (50 గంటల తర్వాత), ఫ్లేక్ మెటలోగ్రఫీ దాదాపుగా కనిపించలేదు (Fig. 3e, f), మరియు పొడి యొక్క పాలిష్ చేసిన ఉపరితలంపై మిర్రర్ మెటలోగ్రఫీ గమనించబడింది. దీని అర్థం MA ప్రక్రియ పూర్తయింది మరియు ఒకే చర్య దశ సృష్టించబడింది. Fig. 3e (I, II, III), f, v, vi) లలో సూచించిన ప్రాంతాల యొక్క మూలక కూర్పును ఫీల్డ్ ఎమిషన్ స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (FE-SEM) మరియు ఎనర్జీ డిస్పర్సివ్ ఎక్స్-రే స్పెక్ట్రోస్కోపీ (EDS) కలయికను ఉపయోగించి నిర్ణయించారు. (IV).
పట్టిక 2లో, పటం 3e, fలో ఎంపిక చేయబడిన ప్రతి ప్రాంతం యొక్క మొత్తం ద్రవ్యరాశిలో శాతంగా మిశ్రణ మూలకాల సాంద్రతలు చూపబడ్డాయి. ఈ ఫలితాలను పట్టిక 1లో ఇవ్వబడిన Cu50Zr20Ni30 మరియు Cu50Zr40Ni10 యొక్క ప్రారంభ నామమాత్రపు కూర్పులతో పోల్చి చూస్తే, ఈ రెండు తుది ఉత్పత్తుల కూర్పులు నామమాత్రపు కూర్పులకు చాలా దగ్గరగా ఉన్నాయని తెలుస్తుంది. అదనంగా, పటం 3e,fలో జాబితా చేయబడిన ప్రాంతాల కోసం భాగాల సాపేక్ష విలువలు, ఒక ప్రాంతం నుండి మరొక ప్రాంతానికి ప్రతి నమూనా కూర్పులో గణనీయమైన క్షీణత లేదా వైవిధ్యాన్ని సూచించవు. ఒక ప్రాంతం నుండి మరొక ప్రాంతానికి కూర్పులో ఎటువంటి మార్పు లేదనే వాస్తవం దీనికి నిదర్శనం. ఇది పట్టిక 2లో చూపిన విధంగా ఏకరీతి మిశ్రలోహ పొడుల ఉత్పత్తిని సూచిస్తుంది.
50 MA సార్లు చేసిన తర్వాత, Cu50(Zr50-xNix) తుది ఉత్పత్తి పొడి యొక్క FE-SEM మైక్రోగ్రాఫ్‌లు పొందబడ్డాయి, ఇవి Fig. 4a-dలో చూపబడ్డాయి, ఇక్కడ x వరుసగా 10, 20, 30 మరియు 40 at.%గా ఉంది. ఈ గ్రైండింగ్ దశ తర్వాత, వాన్ డెర్ వాల్స్ ప్రభావం కారణంగా పొడి సముదాయాలుగా ఏర్పడుతుంది, ఇది 73 నుండి 126 nm వ్యాసం కలిగిన అతి సూక్ష్మ కణాలతో కూడిన పెద్ద సముదాయాల ఏర్పాటుకు దారితీస్తుంది, ఇది Figure 4లో చూపబడింది.
50-గంటల MA తర్వాత పొందిన Cu50(Zr50-xNix) పౌడర్‌ల యొక్క రూపాత్మక లక్షణాలు. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 సిస్టమ్‌ల కోసం, 50 MA తర్వాత పొందిన పౌడర్‌ల యొక్క FE-SEM చిత్రాలు వరుసగా (a), (b), (c), మరియు (d) లలో చూపబడ్డాయి.
కోల్డ్ స్ప్రే ఫీడర్‌లో పొడులను లోడ్ చేయడానికి ముందు, వాటిని మొదట అనలిటికల్ గ్రేడ్ ఇథనాల్‌లో 15 నిమిషాల పాటు సోనికేట్ చేసి, ఆపై 150° C వద్ద 2 గంటల పాటు ఆరబెట్టారు. కోటింగ్ ప్రక్రియలో తరచుగా అనేక తీవ్రమైన సమస్యలను కలిగించే అగ్లోమరేషన్‌ను విజయవంతంగా ఎదుర్కోవడానికి ఈ దశను తప్పనిసరిగా తీసుకోవాలి. MA ప్రక్రియ పూర్తయిన తర్వాత, మిశ్రమలోహ పొడుల సజాతీయతను పరిశోధించడానికి తదుపరి అధ్యయనాలు జరిగాయి. పటం 5a–dలో, వరుసగా 50 గంటల M సమయం తర్వాత తీసిన Cu50Zr30Ni20 మిశ్రమలోహం యొక్క Cu, Zr మరియు Ni మిశ్రణ మూలకాల FE-SEM మైక్రోగ్రాఫ్‌లు మరియు వాటికి సంబంధించిన EDS చిత్రాలు చూపబడ్డాయి. పటం 5లో చూపిన విధంగా, ఈ దశ తర్వాత పొందిన మిశ్రమలోహ పొడులు సజాతీయంగా ఉన్నాయని గమనించాలి, ఎందుకంటే అవి సబ్-నానోమీటర్ స్థాయికి మించి ఎటువంటి కూర్పు హెచ్చుతగ్గులను ప్రదర్శించవు.
FE-SEM/ఎనర్జీ డిస్పర్సివ్ ఎక్స్-రే స్పెక్ట్రోస్కోపీ (EDS) ద్వారా 50 MA తర్వాత పొందిన MG Cu50Zr30Ni20 పౌడర్‌లో మూలకాల స్వరూపం మరియు స్థానిక పంపిణీ. (a) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, మరియు (d) Ni-Kα ల యొక్క SEM మరియు ఎక్స్-రే EDS ఇమేజింగ్.
50 గంటల మెకానికల్ అల్లాయింగ్ (MA) తర్వాత పొందిన Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, మరియు Cu50Zr20Ni30 పౌడర్‌ల యొక్క ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ నమూనాలను వరుసగా చిత్రాలు 6a–dలో చూపించారు. ఈ గ్రైండింగ్ దశ తర్వాత, విభిన్న Zr గాఢతలు కలిగిన అన్ని నమూనాలు, చిత్రం 6లో చూపిన లక్షణమైన హాలో డిఫ్యూజన్ నమూనాలతో కూడిన అమార్ఫస్ నిర్మాణాలను కలిగి ఉన్నాయి.
50 గంటల పాటు MA తర్వాత Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), మరియు Cu50Zr20Ni30 (d) పౌడర్‌ల యొక్క ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ నమూనాలు. మినహాయింపు లేకుండా అన్ని నమూనాలలో హాలో-డిఫ్యూజన్ నమూనా గమనించబడింది, ఇది ఒక అమార్ఫస్ దశ ఏర్పడటాన్ని సూచిస్తుంది.
వివిధ MA సమయాలలో బాల్ మిల్లింగ్ ఫలితంగా ఏర్పడిన పొడుల యొక్క నిర్మాణ మార్పులను గమనించడానికి మరియు వాటి స్థానిక నిర్మాణాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి అధిక రిజల్యూషన్ ఫీల్డ్ ఎమిషన్ ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (FE-HRTEM)ని ఉపయోగించారు. Cu50Zr30Ni20 మరియు Cu50Zr40Ni10 పొడులను గ్రైండింగ్ చేసిన తొలి (6 గంటలు) మరియు మధ్యంతర (18 గంటలు) దశల తర్వాత FE-HRTEM పద్ధతి ద్వారా పొందిన పొడుల చిత్రాలు వరుసగా చిత్రాలు 7aలో చూపబడ్డాయి. 6 గంటల MA తర్వాత పొందిన పొడి యొక్క బ్రైట్-ఫీల్డ్ ఇమేజ్ (BFI) ప్రకారం, ఆ పొడిలో fcc-Cu, hcp-Zr, మరియు fcc-Ni మూలకాల యొక్క స్పష్టంగా నిర్వచించబడిన సరిహద్దులతో కూడిన పెద్ద కణాలు ఉన్నాయి, మరియు చిత్రం 7aలో చూపిన విధంగా, చర్య దశ ఏర్పడినట్లు ఎటువంటి సంకేతాలు లేవు. అదనంగా, మధ్య ప్రాంతం (a) నుండి తీసిన ఒక సంబంధిత ఎంపిక చేసిన ప్రాంత వివర్తన నమూనా (SADP) ఒక పదునైన వివర్తన నమూనాను (చిత్రం 7b) వెల్లడించింది, ఇది పెద్ద స్ఫటికాల ఉనికిని మరియు చర్య దశ లేకపోవడాన్ని సూచిస్తుంది.
ప్రారంభ (6 గంటలు) మరియు మధ్యంతర (18 గంటలు) దశల తర్వాత పొందిన MA పౌడర్ యొక్క స్థానిక నిర్మాణ లక్షణాలు. (ఎ) 6 గంటల MA చికిత్స తర్వాత Cu50Zr30Ni20 పౌడర్ యొక్క హై రిజల్యూషన్ ఫీల్డ్ ఎమిషన్ ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (FE-HRTEM) మరియు (బి) దానికి సంబంధించిన సెలెక్టెడ్ ఏరియా డిఫ్రాక్టోగ్రామ్ (SADP). 18 గంటల MA తర్వాత పొందిన Cu50Zr40Ni10 యొక్క FE-HRTEM చిత్రం (సి)లో చూపబడింది.
పటం 7cలో చూపిన విధంగా, MA వ్యవధిని 18 గంటలకు పెంచడం వల్ల ప్లాస్టిక్ విరూపణతో పాటు తీవ్రమైన లాటిస్ లోపాలు ఏర్పడ్డాయి. MA ప్రక్రియ యొక్క ఈ మధ్యంతర దశలో, పౌడర్‌లో స్టాకింగ్ ఫాల్ట్స్, లాటిస్ లోపాలు మరియు పాయింట్ లోపాలతో సహా వివిధ లోపాలు కనిపిస్తాయి (పటం 7). ఈ లోపాలు పెద్ద కణాలను వాటి కణ సరిహద్దుల వెంబడి 20 nm కంటే తక్కువ పరిమాణంలో ఉన్న ఉపకణాలుగా విచ్ఛిన్నం చేస్తాయి (పటం 7c).
36 గంటల MA కోసం మిల్లింగ్ చేయబడిన Cu50Z30Ni20 పౌడర్ యొక్క స్థానిక నిర్మాణం, Fig. 8aలో చూపిన విధంగా, ఒక నిరాకార పలుచని మాతృకలో పొందుపరచబడిన అతి సూక్ష్మ నానోగ్రెయిన్‌ల ఏర్పాటు ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది. EMF యొక్క స్థానిక విశ్లేషణలో, Fig. 8aలో చూపిన నానోక్లస్టర్‌లు చికిత్స చేయని Cu, Zr మరియు Ni పౌడర్ మిశ్రమలోహాలతో సంబంధం కలిగి ఉన్నాయని తేలింది. మాతృకలో Cu యొక్క కంటెంట్ ~32 at.% (పేద జోన్) నుండి ~74 at.% (రిచ్ జోన్) వరకు మారుతూ ఉంది, ఇది విజాతీయ ఉత్పత్తుల ఏర్పాటును సూచిస్తుంది. అదనంగా, ఈ దశలో మిల్లింగ్ తర్వాత పొందిన పౌడర్‌ల యొక్క సంబంధిత SADPలు, Fig. 8bలో చూపిన విధంగా, ఈ చికిత్స చేయని మిశ్రమలోహ మూలకాలతో సంబంధం ఉన్న పదునైన బిందువులతో అతివ్యాప్తి చెందుతున్న ప్రాథమిక మరియు ద్వితీయ హాలో-డిఫ్యూజన్ నిరాకార దశ వలయాలను చూపుతాయి.
36 గంటల తర్వాత మిల్లింగ్ చేసిన Cu50Zr30Ni20 పౌడర్ యొక్క నానోస్కేల్ స్థానిక నిర్మాణ లక్షణాలు. (ఎ) 36 గంటల MA మిల్లింగ్ తర్వాత పొందిన Cu50Zr30Ni20 పౌడర్ యొక్క బ్రైట్ ఫీల్డ్ ఇమేజ్ (BFI) మరియు దానికి సంబంధించిన (బి) SADP.
MA ప్రక్రియ ముగింపు దశలో (50 గంటలు), Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30, మరియు 40 అణు శాతం పొడులు, మినహాయింపు లేకుండా, పటంలో చూపిన విధంగా నిరాకార దశ యొక్క చిక్కుముడి వంటి రూపాన్ని కలిగి ఉన్నాయి. ప్రతి కూర్పు యొక్క సంబంధిత SADSలో బిందు వివర్తనం గానీ లేదా పదునైన వలయాకార నమూనాలు గానీ గుర్తించబడలేదు. ఇది శుద్ధి చేయని స్ఫటికాకార లోహం లేదని, బదులుగా ఒక నిరాకార మిశ్రమలోహ పొడి ఏర్పడటాన్ని సూచిస్తుంది. హాలో డిఫ్యూజన్ నమూనాలను చూపించే ఈ పరస్పర సంబంధిత SADPలు, తుది ఉత్పత్తి పదార్థంలో నిరాకార దశల అభివృద్ధికి సాక్ష్యంగా కూడా ఉపయోగించబడ్డాయి.
Cu50 MS వ్యవస్థ (Zr50-xNix) యొక్క తుది ఉత్పత్తి యొక్క స్థానిక నిర్మాణం. 50 గంటల MA తర్వాత పొందిన (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, మరియు (d) Cu50Zr10Ni40 యొక్క FE-HRTEM మరియు సంబంధిత నానోబీమ్ వివర్తన నమూనాలు (NBDP).
డిఫరెన్షియల్ స్కానింగ్ కెలోరిమెట్రీని ఉపయోగించి, Cu50(Zr50-xNix) అమార్ఫస్ వ్యవస్థలో Ni (x) పరిమాణాన్ని బట్టి గ్లాస్ ట్రాన్సిషన్ ఉష్ణోగ్రత (Tg), సూపర్ కూల్డ్ లిక్విడ్ రీజియన్ (ΔTx) మరియు క్రిస్టలైజేషన్ ఉష్ణోగ్రత (Tx) యొక్క ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని అధ్యయనం చేశారు. He వాయు ప్రవాహంలో (DSC) ధర్మాలు. 50 గంటల పాటు MA తర్వాత పొందిన Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, మరియు Cu50Zr10Ni40 అమార్ఫస్ మిశ్రమాల పొడుల DSC వక్రాలు వరుసగా చిత్రాలు 10a, b, e లలో చూపబడ్డాయి. అయితే అమార్ఫస్ Cu50Zr20Ni30 యొక్క DSC వక్రం చిత్రం 10లో విడిగా చూపబడింది. అదే సమయంలో, DSCలో ~700°C వరకు వేడి చేసిన Cu50Zr30Ni20 నమూనా చిత్రం 10gలో చూపబడింది.
50 గంటల పాటు MA తర్వాత పొందిన Cu50(Zr50-xNix) MG పౌడర్‌ల యొక్క ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని గ్లాస్ ట్రాన్సిషన్ ఉష్ణోగ్రత (Tg), క్రిస్టలైజేషన్ ఉష్ణోగ్రత (Tx) మరియు సూపర్ కూల్డ్ లిక్విడ్ రీజియన్ (ΔTx) ద్వారా నిర్ణయిస్తారు. 50 గంటల పాటు MA తర్వాత Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), మరియు (e) Cu50Zr10Ni40 MG మిశ్రమలోహ పౌడర్‌ల యొక్క డిఫరెన్షియల్ స్కానింగ్ కెలోరిమీటర్ (DSC) థర్మోగ్రామ్‌లు. DSCలో ~700°C వరకు వేడి చేసిన Cu50Zr30Ni20 నమూనా యొక్క ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ ప్యాటర్న్ (XRD) (d)లో చూపబడింది.
పటం 10లో చూపిన విధంగా, విభిన్న నికెల్ గాఢతలు (x) కలిగిన అన్ని కూర్పుల యొక్క DSC వక్రాలు రెండు విభిన్న సందర్భాలను సూచిస్తాయి, ఒకటి ఎండోథర్మిక్ మరియు మరొకటి ఎక్సోథర్మిక్. మొదటి ఎండోథర్మిక్ సంఘటన Tgకి అనుగుణంగా ఉంటుంది, మరియు రెండవది Txతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. Tg మరియు Tx మధ్య ఉన్న క్షితిజ సమాంతర విస్తరణ ప్రాంతాన్ని సబ్‌కూల్డ్ లిక్విడ్ ఏరియా (ΔTx = Tx – Tg) అంటారు. పటం 10bలో చూపిన విధంగా, Ni కంటెంట్ (x) పెరిగేకొద్దీ, 526°C మరియు 612°C వద్ద ఉంచబడిన Cu50Zr40Ni10 నమూనా (పటం 10a) యొక్క Tg మరియు Tx, కంటెంట్ (x)ను 482°C మరియు 563°Cల తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వైపుకు 20 at % వరకు మారుస్తాయి. ఫలితంగా, ΔTx Cu50Zr40Ni10 86°С (పటం 10a) నుండి Cu50Zr30Ni20 (పటం 10b) కు 81°С కు తగ్గుతుంది. MC Cu50Zr40Ni10 మిశ్రమలోహం కోసం, Tg, Tx, మరియు ΔTx విలువలు 447°С, 526°С, మరియు 79°С స్థాయిలకు తగ్గడం కూడా గమనించబడింది (పటం 10b). ఇది Ni పరిమాణం పెరగడం MS మిశ్రమలోహం యొక్క ఉష్ణ స్థిరత్వం తగ్గడానికి దారితీస్తుందని సూచిస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, MC Cu50Zr20Ni30 మిశ్రమలోహం యొక్క Tg విలువ (507 °C) MC Cu50Zr40Ni10 మిశ్రమలోహం కంటే తక్కువగా ఉంది; అయినప్పటికీ, దాని Tx దానికి సమానమైన విలువను (612 °C) చూపుతుంది. అందువల్ల, పటంలో చూపిన విధంగా ΔTx అధిక విలువను (87°C) కలిగి ఉంది. 10వ శతాబ్దం
Cu50Zr20Ni30 MC మిశ్రమలోహాన్ని ఉదాహరణగా తీసుకుంటే, Cu50(Zr50-xNix) MC వ్యవస్థ ఒక పదునైన ఉష్ణమోచక శిఖరం ద్వారా fcc-ZrCu5, ఆర్థోరోంబిక్-Zr7Cu10, మరియు ఆర్థోరోంబిక్-ZrNi స్ఫటికాకార దశలుగా స్ఫటికీకరణ చెందుతుంది (పటం 10c). DSCలో 700 °C వరకు వేడి చేసిన MG నమూనా యొక్క ఎక్స్-రే వివర్తన విశ్లేషణ ద్వారా నిరాకార నుండి స్ఫటికాకారానికి జరిగిన ఈ దశ పరివర్తన నిర్ధారించబడింది (పటం 10d).
ప్రస్తుత పనిలో నిర్వహించిన కోల్డ్ స్ప్రే ప్రక్రియ సమయంలో తీసిన ఛాయాచిత్రాలను పటం 11 చూపిస్తుంది. ఈ అధ్యయనంలో, 50 గంటల పాటు MA తర్వాత సంశ్లేషణ చేయబడిన మెటల్ గ్లాసీ పౌడర్ కణాలను (ఉదాహరణగా Cu50Zr20Ni30ని ఉపయోగించి) యాంటీ బాక్టీరియల్ ముడి పదార్థంగా ఉపయోగించారు, మరియు ఒక స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ ప్లేట్ (SUS304)కు కోల్డ్ స్ప్రే కోటింగ్ చేశారు. థర్మల్ స్ప్రే టెక్నాలజీ శ్రేణిలో కోటింగ్ కోసం కోల్డ్ స్ప్రే పద్ధతిని ఎంచుకున్నారు, ఎందుకంటే ఇది అత్యంత సమర్థవంతమైన పద్ధతి. దీనిని అమార్ఫస్ మరియు నానోక్రిస్టలైన్ పౌడర్‌ల వంటి దశ పరివర్తనలకు లోనుకాని, ఉష్ణ సున్నిత లోహ మెటాస్టేబుల్ పదార్థాల కోసం ఉపయోగించవచ్చు. ఈ పద్ధతిని ఎంచుకోవడంలో ఇదే ప్రధాన అంశం. కోల్డ్ డిపోజిషన్ ప్రక్రియలో అధిక-వేగ కణాలను ఉపయోగిస్తారు. ఇవి సబ్‌స్ట్రేట్ లేదా ముందుగా డిపాజిట్ చేయబడిన కణాలను తాకినప్పుడు, వాటి గతిజ శక్తిని ప్లాస్టిక్ విరూపణగా, విరూపణగా మరియు వేడిగా మారుస్తాయి.
550°C వద్ద MG/SUS 304 ను వరుసగా ఐదుసార్లు తయారు చేయడానికి ఉపయోగించిన కోల్డ్ స్ప్రే విధానాన్ని క్షేత్రస్థాయి ఛాయాచిత్రాలు చూపిస్తున్నాయి.
పూత ఏర్పడే సమయంలో కణాల గతిజ శక్తి, అలాగే ప్రతి కణం యొక్క ద్రవ్యవేగం, ప్లాస్టిక్ విరూపణం (మాత్రికలోని ప్రాథమిక కణాలు మరియు కణాల మధ్య పరస్పర చర్యలు మరియు కణాల పరస్పర చర్యలు), ఘనపదార్థాల అంతర కణుపులు, కణాల మధ్య భ్రమణం, విరూపణం మరియు పరిమిత తాపనం 39 వంటి యంత్రాంగాల ద్వారా ఇతర శక్తి రూపాలుగా మార్చబడాలి. అదనంగా, వచ్చే గతిజ శక్తి మొత్తం ఉష్ణ శక్తిగా మరియు విరూపణ శక్తిగా మార్చబడకపోతే, ఫలితం స్థితిస్థాపక ఢీకొనడం అవుతుంది, అంటే కణాలు తాకిన తర్వాత కేవలం వెనక్కి ఎగిరిపోతాయి. కణం/అధస్తర పదార్థంపై ప్రయోగించిన తాకిడి శక్తిలో 90% స్థానిక ఉష్ణంగా మార్చబడుతుందని గమనించబడింది 40. అదనంగా, తాకిడి ఒత్తిడిని ప్రయోగించినప్పుడు, కణం/అధస్తర స్పర్శ ప్రాంతంలో చాలా తక్కువ సమయంలో అధిక ప్లాస్టిక్ విరూపణ రేట్లు సాధించబడతాయి 41,42.
ప్లాస్టిక్ విరూపణను సాధారణంగా శక్తి క్షయ ప్రక్రియగా, లేదా అంతర్ముఖ ప్రాంతంలో ఒక ఉష్ణ వనరుగా పరిగణిస్తారు. అయితే, అంతర్ముఖ ద్రవీభవనం జరగడానికి లేదా పరమాణువుల పరస్పర వ్యాప్తిని గణనీయంగా ప్రేరేపించడానికి, ఆ ప్రాంతంలో ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల సాధారణంగా సరిపోదు. కోల్డ్ స్ప్రే పద్ధతులను ఉపయోగించినప్పుడు సంభవించే పౌడర్ సంసంజనం మరియు స్థిరీకరణపై ఈ లోహ గాజు పౌడర్ల లక్షణాల ప్రభావాన్ని రచయితలకు తెలిసిన ఏ ప్రచురణ కూడా పరిశోధించలేదు.
SUS 304 సబ్‌స్ట్రేట్ (Fig. 11, 12b) పై పూత పూయబడిన MG Cu50Zr20Ni30 మిశ్రమలోహపు పొడి యొక్క BFIని Fig. 12aలో చూడవచ్చు. పటంలో చూడగలిగినట్లుగా, పూత పూయబడిన పొడులు వాటి అసలైన నిరాకార నిర్మాణాన్ని నిలుపుకుంటాయి, ఎందుకంటే అవి ఎటువంటి స్ఫటికాకార లక్షణాలు లేదా లాటిస్ లోపాలు లేకుండా ఒక సున్నితమైన లాబ్రింత్ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటాయి. మరోవైపు, MG-పూత పూసిన పొడి మాతృకలో చేర్చబడిన నానోకణాల ద్వారా రుజువు చేయబడినట్లుగా, ఈ చిత్రం ఒక అన్య దశ ఉనికిని సూచిస్తుంది (Fig. 12a). Fig. 12c, ప్రాంతం I (Fig. 12a)కి సంబంధించిన ఇండెక్స్డ్ నానోబీమ్ డిఫ్రాక్షన్ నమూనాని (NBDP) చూపిస్తుంది. Fig. 12cలో చూపినట్లుగా, NBDP నిరాకార నిర్మాణం యొక్క బలహీనమైన హాలో-డిఫ్యూజన్ నమూనాను ప్రదర్శిస్తుంది మరియు ఒక స్ఫటికాకార పెద్ద క్యూబిక్ మెటాస్టేబుల్ Zr2Ni దశకు మరియు ఒక టెట్రాగోనల్ CuO దశకు సంబంధించిన పదునైన మచ్చలతో కలిసి ఉంటుంది. సూపర్‌సోనిక్ ప్రవాహంలో బహిరంగ గాలిలో స్ప్రే గన్ నాజిల్ నుండి SUS 304 లోకి వెళ్ళేటప్పుడు పొడి ఆక్సీకరణకు గురికావడం ద్వారా CuO ఏర్పడటాన్ని వివరించవచ్చు. మరోవైపు, 550°C వద్ద 30 నిమిషాల పాటు కోల్డ్ స్ప్రే చికిత్స తర్వాత, లోహపు గాజు పొడుల విట్రిఫికేషన్ కోల్పోవడం వలన పెద్ద క్యూబిక్ దశలు ఏర్పడ్డాయి.
(a) (b) SUS 304 సబ్‌స్ట్రేట్‌పై జమ చేయబడిన MG పౌడర్ యొక్క FE-HRTEM చిత్రం (చిత్రం ఇన్సెట్). (a)లో చూపిన గుండ్రని గుర్తు యొక్క NBDP సూచిక (c)లో చూపబడింది.
పెద్ద క్యూబిక్ Zr2Ni నానోపార్టికల్స్ ఏర్పడటానికి గల ఈ సంభావ్య యంత్రాంగాన్ని పరీక్షించడానికి, ఒక స్వతంత్ర ప్రయోగం నిర్వహించబడింది. ఈ ప్రయోగంలో, పొడిని 550°C వద్ద ఒక అటామైజర్ నుండి SUS 304 సబ్‌స్ట్రేట్ దిశగా స్ప్రే చేశారు; అయితే, ఎనీలింగ్ ప్రభావాన్ని నిర్ధారించడానికి, పొడిని SUS304 స్ట్రిప్ నుండి వీలైనంత త్వరగా (సుమారు 60 సెకన్లలో) తొలగించారు. పొడిని పూసిన సుమారు 180 సెకన్ల తర్వాత సబ్‌స్ట్రేట్ నుండి తొలగించి, మరో ప్రయోగాల శ్రేణిని కూడా నిర్వహించారు.
పటాలు 13a,b వరుసగా 60 సెకన్లు మరియు 180 సెకన్ల పాటు SUS 304 సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై డిపాజిట్ చేయబడిన రెండు స్పుటర్డ్ మెటీరియల్స్ యొక్క స్కానింగ్ ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (STEM) డార్క్ ఫీల్డ్ (DFI) చిత్రాలను చూపుతున్నాయి. 60 సెకన్ల పాటు డిపాజిట్ చేయబడిన పౌడర్ చిత్రంలో ఆకృతి వివరాలు లోపించాయి, ఇది ఎటువంటి ఆకృతిని చూపించలేదు (పటం 13a). పటం 14aలో చూపిన విశాలమైన ప్రాథమిక మరియు ద్వితీయ వివర్తన శిఖరాల ద్వారా సూచించినట్లుగా, ఈ పౌడర్‌ల మొత్తం నిర్మాణం అమార్ఫస్ అని XRD ద్వారా కూడా నిర్ధారించబడింది. ఇది మెటాస్టేబుల్/మెసోఫేజ్ అవక్షేపాలు లేవని సూచిస్తుంది, దీనిలో పౌడర్ దాని అసలు అమార్ఫస్ నిర్మాణాన్ని నిలుపుకుంటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, అదే ఉష్ణోగ్రత (550°C) వద్ద డిపాజిట్ చేయబడి, 180 సెకన్ల పాటు సబ్‌స్ట్రేట్‌పై ఉంచబడిన పౌడర్, పటం 13bలోని బాణాల ద్వారా చూపినట్లుగా, నానోసైజ్డ్ గ్రెయిన్స్ డిపాజిట్ అవ్వడాన్ని చూపించింది.