Nature.com ని సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ వెర్షన్ CSS కి పరిమిత మద్దతును కలిగి ఉంది. ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు నవీకరించబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాలని మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము (లేదా ఇంటర్నెట్ ఎక్స్‌ప్లోరర్‌లో అనుకూలత మోడ్‌ను ఆఫ్ చేయండి). ఈలోగా, నిరంతర మద్దతును నిర్ధారించడానికి, మేము శైలులు మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా సైట్‌ను ప్రదర్శిస్తాము.
దీర్ఘకాలిక ఇన్ఫెక్షన్ల అభివృద్ధిలో బయోఫిల్మ్‌లు ఒక ముఖ్యమైన భాగం, ముఖ్యంగా వైద్య పరికరాలు పాల్గొన్నప్పుడు. ఈ సమస్య వైద్య సమాజానికి భారీ సవాలును అందిస్తుంది, ఎందుకంటే ప్రామాణిక యాంటీబయాటిక్స్ బయోఫిల్మ్‌లను చాలా పరిమిత స్థాయిలో మాత్రమే నిర్మూలించగలవు. బయోఫిల్మ్ ఏర్పడటాన్ని నిరోధించడం వివిధ పూత పద్ధతులు మరియు కొత్త పదార్థాల అభివృద్ధికి దారితీసింది. బయోఫిల్మ్ ఏర్పడటాన్ని నిరోధించే విధంగా ఉపరితలాలను పూత పూయడం ఈ పద్ధతులు లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నాయి. మెటాలిక్ గ్లాసీ మిశ్రమాలు, ముఖ్యంగా రాగి మరియు టైటానియం లోహాలను కలిగి ఉన్నవి, ఆదర్శ యాంటీమైక్రోబయల్ పూతలుగా ఉద్భవించాయి. అదే సమయంలో, ఉష్ణోగ్రత-సున్నితమైన పదార్థాలను ప్రాసెస్ చేయడానికి ఇది తగిన పద్ధతి కాబట్టి కోల్డ్ స్ప్రే టెక్నాలజీ వాడకం పెరిగింది. యాంత్రిక మిశ్రమ పద్ధతులను ఉపయోగించి టెర్నరీ Cu-Zr-Ni తో కూడిన నవల యాంటీ బాక్టీరియల్ ఫిల్మ్ మెటాలిక్ గ్లాస్‌ను అభివృద్ధి చేయడం ఈ అధ్యయనం యొక్క ఉద్దేశ్యంలో భాగం. తుది ఉత్పత్తిని తయారు చేసే గోళాకార పొడిని తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ ఉపరితలాల కోల్డ్ స్ప్రే పూత కోసం ముడి పదార్థంగా ఉపయోగిస్తారు. మెటాలిక్ గ్లాస్‌తో పూత పూసిన సబ్‌స్ట్రేట్‌లు స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్‌తో పోలిస్తే బయోఫిల్మ్ నిర్మాణాన్ని కనీసం 1 లాగ్ ద్వారా గణనీయంగా తగ్గించగలిగాయి.
మానవ చరిత్ర అంతటా, ఏ సమాజమైనా దాని నిర్దిష్ట అవసరాలను తీర్చే నవల పదార్థాలను రూపొందించి, పరిచయం చేయడాన్ని ప్రోత్సహించగలిగింది, దీని ఫలితంగా ప్రపంచీకరణ ఆర్థిక వ్యవస్థలో మెరుగైన పనితీరు మరియు ర్యాంకింగ్ ఏర్పడింది. ఆరోగ్యం, విద్య, పరిశ్రమ, ఆర్థిక శాస్త్రం, సంస్కృతి మరియు ఇతర రంగాలలో ఒక దేశం లేదా ప్రాంతం నుండి మరొక దేశానికి లాభాలను సాధించడానికి పదార్థాల తయారీ మరియు లక్షణాల కోసం పదార్థాలు మరియు తయారీ పరికరాలు మరియు డిజైన్‌లను అభివృద్ధి చేయగల మానవ సామర్థ్యం దీనికి ఎల్లప్పుడూ ఆపాదించబడింది. దేశం లేదా ప్రాంతంతో సంబంధం లేకుండా పురోగతిని కొలుస్తారు. 2 60 సంవత్సరాలుగా, పదార్థ శాస్త్రవేత్తలు తమ సమయాన్ని ఎక్కువగా ఒక ప్రధాన ఆందోళనపై దృష్టి పెట్టడానికి కేటాయించారు: నవల మరియు అత్యాధునిక పదార్థాల సాధన. ఇటీవలి పరిశోధన ఇప్పటికే ఉన్న పదార్థాల నాణ్యత మరియు పనితీరును మెరుగుపరచడం, అలాగే పూర్తిగా కొత్త రకాల పదార్థాలను సంశ్లేషణ చేయడం మరియు కనిపెట్టడంపై దృష్టి సారించింది.
మిశ్రమలోహ మూలకాల జోడింపు, పదార్థ సూక్ష్మ నిర్మాణం యొక్క మార్పు మరియు ఉష్ణ, యాంత్రిక లేదా ఉష్ణ-యాంత్రిక ప్రాసెసింగ్ పద్ధతుల అనువర్తనం వివిధ రకాల పదార్థాల యాంత్రిక, రసాయన మరియు భౌతిక లక్షణాలలో గణనీయమైన మెరుగుదలలకు దారితీశాయి. ఇంకా, ఇప్పటివరకు వినని సమ్మేళనాలు ఈ సమయంలో విజయవంతంగా సంశ్లేషణ చేయబడ్డాయి. ఈ నిరంతర ప్రయత్నాలు సమిష్టిగా అడ్వాన్స్‌డ్ మెటీరియల్స్ 2 అని పిలువబడే వినూత్న పదార్థాల కొత్త కుటుంబాన్ని సృష్టించాయి. నానోక్రిస్టల్స్, నానోపార్టికల్స్, నానోట్యూబ్‌లు, క్వాంటం డాట్‌లు, జీరో-డైమెన్షనల్, అమార్ఫస్ మెటాలిక్ గ్లాసెస్ మరియు హై-ఎంట్రోపీ మిశ్రమాలు గత శతాబ్దం మధ్యకాలం నుండి ప్రపంచంలోకి ప్రవేశపెట్టబడిన అధునాతన పదార్థాలకు కొన్ని ఉదాహరణలు. తుది ఉత్పత్తిలో లేదా దాని ఉత్పత్తి యొక్క ఇంటర్మీడియట్ దశలలో ఉన్నతమైన లక్షణాలతో కొత్త మిశ్రమాలను తయారు చేసి అభివృద్ధి చేసేటప్పుడు, ఆఫ్-బ్యాలెన్స్ సమస్య తరచుగా జోడించబడుతుంది. సమతుల్యత నుండి గణనీయంగా వైదొలగడానికి కొత్త ఫాబ్రికేషన్ టెక్నిక్‌లను అమలు చేయడం ఫలితంగా, మెటాస్టిక్ గ్లాసెస్ అని పిలువబడే మెటాస్టేబుల్ మిశ్రమాల యొక్క పూర్తిగా కొత్త తరగతి కనుగొనబడింది.
1960లో కాల్టెక్‌లో ఆయన చేసిన పని లోహ మిశ్రమాల భావనలో ఒక విప్లవాన్ని తెచ్చిపెట్టింది, అతను సెకనుకు దాదాపు మిలియన్ డిగ్రీల వద్ద ద్రవాలను వేగంగా ఘనీభవించడం ద్వారా గాజు Au-25 at.% Si మిశ్రమాలను సంశ్లేషణ చేశాడు. 4. ప్రొఫెసర్ పోల్ డువెజ్ యొక్క ఆవిష్కరణ సంఘటన లోహ గాజుల (MG) చరిత్ర ప్రారంభానికి నాంది పలికింది, కానీ లోహ మిశ్రమాల గురించి ప్రజలు ఆలోచించే విధానంలో ఒక నమూనా మార్పుకు దారితీసింది. MG మిశ్రమాల సంశ్లేషణలో తొలి మార్గదర్శక అధ్యయనాల నుండి, దాదాపు అన్ని లోహ గాజులు ఈ క్రింది పద్ధతుల్లో ఒకదానిని ఉపయోగించి పూర్తిగా ఉత్పత్తి చేయబడ్డాయి; (i) కరిగే లేదా ఆవిరి యొక్క వేగవంతమైన ఘనీకరణ, (ii) లాటిస్ యొక్క పరమాణు క్రమరాహిత్యం, (iii) స్వచ్ఛమైన లోహ మూలకాల మధ్య ఘన-స్థితి అమోర్ఫైజేషన్ ప్రతిచర్యలు మరియు (iv) మెటాస్టేబుల్ దశల ఘన-స్థితి పరివర్తనలు.
స్ఫటికాల యొక్క నిర్వచించే లక్షణం అయిన స్ఫటికాలతో అనుబంధించబడిన దీర్ఘ-శ్రేణి అణు క్రమం లేకపోవడం ద్వారా MGలు విభిన్నంగా ఉంటాయి. నేటి ప్రపంచంలో, మెటాలిక్ గ్లాస్ రంగంలో గొప్ప పురోగతి సాధించబడింది. అవి ఘన-స్థితి భౌతిక శాస్త్రంలో మాత్రమే కాకుండా, లోహశాస్త్రం, ఉపరితల రసాయన శాస్త్రం, సాంకేతికత, జీవశాస్త్రం మరియు అనేక ఇతర రంగాలలో కూడా ఆసక్తిని కలిగించే ఆసక్తికరమైన లక్షణాలతో కూడిన నవల పదార్థాలు. ఈ కొత్త రకం పదార్థం ఘన లోహాల నుండి విభిన్నమైన లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తుంది, ఇది వివిధ రంగాలలో సాంకేతిక అనువర్తనాలకు ఆసక్తికరమైన అభ్యర్థిగా మారుతుంది. వాటికి కొన్ని ముఖ్యమైన లక్షణాలు ఉన్నాయి; (i) అధిక యాంత్రిక డక్టిలిటీ మరియు దిగుబడి బలం, (ii) అధిక అయస్కాంత పారగమ్యత, (iii) తక్కువ బలవంతం, (iv) అసాధారణ తుప్పు నిరోధకత, (v) ఉష్ణోగ్రత స్వాతంత్ర్యం 6,7 యొక్క వాహకత.
మెకానికల్ అల్లాయ్యింగ్ (MA)1,8 అనేది సాపేక్షంగా కొత్త టెక్నిక్, దీనిని మొదట 19839లో ప్రొఫెసర్ CC కాక్ మరియు సహచరులు ప్రవేశపెట్టారు. వారు గది ఉష్ణోగ్రతకు చాలా దగ్గరగా ఉన్న పరిసర ఉష్ణోగ్రతల వద్ద స్వచ్ఛమైన మూలకాల మిశ్రమాన్ని రుబ్బుకోవడం ద్వారా నిరాకార Ni60Nb40 పొడులను తయారు చేశారు. సాధారణంగా, MA ప్రతిచర్య అనేది రియాక్టర్‌లోని రియాక్టెంట్ మెటీరియల్ పౌడర్‌లను డిఫ్యూసివ్ కలపడం మధ్య జరుగుతుంది, సాధారణంగా స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్‌తో బాల్ మిల్ 10 (Fig. 1a, b)గా తయారు చేస్తారు. అప్పటి నుండి, ఈ యాంత్రికంగా ప్రేరేపించబడిన ఘన-స్థితి ప్రతిచర్య సాంకేతికత తక్కువ (Fig. 1c) మరియు అధిక శక్తి బాల్ మిల్లులను ఉపయోగించి నవల అమార్ఫస్/లోహ గాజు మిశ్రమం పొడులను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించబడింది, అలాగే రాడ్ మిల్లులు11,12,13,14,15 , 16. ముఖ్యంగా, ఈ పద్ధతి Cu-Ta17 వంటి కలపలేని వ్యవస్థలను, అలాగే Al-ట్రాన్సిషన్ మెటల్ సిస్టమ్స్ (TM; Zr, Hf, Nb మరియు Ta)18,19 మరియు Fe-W20 వంటి అధిక ద్రవీభవన స్థాన మిశ్రమాలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించబడింది, వీటిని సాంప్రదాయ తయారీ మార్గాలను ఉపయోగించి పొందలేము. ఇంకా, MA అనేది మెటల్ ఆక్సైడ్‌లు, కార్బైడ్‌లు, నైట్రైడ్‌లు, హైడ్రైడ్‌లు, కార్బన్ యొక్క పారిశ్రామిక-స్థాయి నానోక్రిస్టలైన్ మరియు నానోకంపోజిట్ పౌడర్ కణాల తయారీకి అత్యంత శక్తివంతమైన నానోటెక్నాలజీ సాధనాల్లో ఒకటిగా పరిగణించబడుతుంది. నానోట్యూబ్‌లు, నానోడైమండ్స్, అలాగే టాప్-డౌన్ అప్రోచ్ 1 మరియు మెటాస్టేబుల్ దశల ద్వారా విస్తృత స్థిరీకరణ.
ఈ అధ్యయనంలో Cu50(Zr50−xNix) మెటాలిక్ గ్లాస్ (MG) పూత/SUS 304 ను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే తయారీ పద్ధతిని చూపించే స్కీమాటిక్.(a) తక్కువ శక్తి గల బాల్ మిల్లింగ్ టెక్నిక్‌ని ఉపయోగించి వివిధ Ni సాంద్రతలు x (x; 10, 20, 30 మరియు 40 at.%) కలిగిన MG మిశ్రమం పొడులను తయారు చేయడం.(a) ప్రారంభ పదార్థం టూల్ స్టీల్ బాల్స్‌తో కలిసి టూల్ సిలిండర్‌లోకి లోడ్ చేయబడుతుంది మరియు (b) He వాతావరణంతో నిండిన గ్లోవ్ బాక్స్‌లో మూసివేయబడుతుంది.(c) గ్రైండింగ్ సమయంలో బాల్ కదలికను వివరించే గ్రైండింగ్ పాత్ర యొక్క పారదర్శక నమూనా.50 గంటల తర్వాత పొందిన పౌడర్ యొక్క తుది ఉత్పత్తిని కోల్డ్ స్ప్రే పద్ధతి (d) ఉపయోగించి SUS 304 సబ్‌స్ట్రేట్‌ను పూత పూయడానికి ఉపయోగించారు.
బల్క్ మెటీరియల్ ఉపరితలాలు (సబ్‌స్ట్రేట్‌లు) విషయానికి వస్తే, ఉపరితల ఇంజనీరింగ్‌లో అసలు బల్క్ మెటీరియల్‌లో లేని కొన్ని భౌతిక, రసాయన మరియు సాంకేతిక లక్షణాలను అందించడానికి ఉపరితలాల (సబ్‌స్ట్రేట్‌లు) రూపకల్పన మరియు మార్పు ఉంటుంది. ఉపరితల చికిత్సల ద్వారా సమర్థవంతంగా మెరుగుపరచగల కొన్ని లక్షణాలలో రాపిడి నిరోధకత, ఆక్సీకరణ మరియు తుప్పు నిరోధకత, ఘర్షణ గుణకం, బయో-జడత్వం, విద్యుత్ లక్షణాలు మరియు ఉష్ణ ఇన్సులేషన్ ఉన్నాయి. మెటలర్జికల్, మెకానికల్ లేదా రసాయన పద్ధతులను ఉపయోగించడం ద్వారా ఉపరితల నాణ్యతను మెరుగుపరచవచ్చు. ఒక ప్రసిద్ధ ప్రక్రియగా, పూత అనేది మరొక పదార్థంతో తయారు చేయబడిన బల్క్ ఆబ్జెక్ట్ (సబ్‌స్ట్రేట్) ఉపరితలంపై కృత్రిమంగా జమ చేయబడిన పదార్థం యొక్క ఒకే లేదా బహుళ పొరలుగా నిర్వచించబడింది. అందువల్ల, పూతలను కొంతవరకు కావలసిన సాంకేతిక లేదా అలంకార లక్షణాలను సాధించడానికి, అలాగే పరిసర వాతావరణంతో ఆశించిన రసాయన మరియు భౌతిక పరస్పర చర్యల నుండి పదార్థాలను రక్షించడానికి ఉపయోగిస్తారు23.
కొన్ని మైక్రోమీటర్లు (10-20 మైక్రోమీటర్ల కంటే తక్కువ) నుండి 30 మైక్రోమీటర్లకు పైగా లేదా కొన్ని మిల్లీమీటర్ల వరకు మందం కలిగిన తగిన ఉపరితల రక్షణ పొరలను జమ చేయడానికి, అనేక పద్ధతులు మరియు పద్ధతులను అన్వయించవచ్చు. సాధారణంగా, పూత ప్రక్రియలను రెండు వర్గాలుగా విభజించవచ్చు: (i) ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్, ఎలక్ట్రోలెస్ ప్లేటింగ్ మరియు హాట్-డిప్ గాల్వనైజింగ్ పద్ధతులతో సహా తడి పూత పద్ధతులు మరియు (ii) బ్రేజింగ్, సర్ఫేసింగ్, భౌతిక ఆవిరి నిక్షేపణ (PVD), రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ (CVD), థర్మల్ స్ప్రే పద్ధతులు మరియు ఇటీవల కోల్డ్ స్ప్రే పద్ధతులు 24 (Fig. 1d)తో సహా పొడి పూత పద్ధతులు.
బయోఫిల్మ్‌లను ఉపరితలాలకు తిరిగి మార్చలేని విధంగా జతచేయబడి, స్వీయ-ఉత్పత్తి చేయబడిన ఎక్స్‌ట్రాసెల్యులార్ పాలిమర్‌లతో (EPS) చుట్టుముట్టబడిన సూక్ష్మజీవుల సంఘాలుగా నిర్వచించారు. ఉపరితలపరంగా పరిణతి చెందిన బయోఫిల్మ్ నిర్మాణం ఆహార పరిశ్రమ, నీటి వ్యవస్థలు మరియు ఆరోగ్య సంరక్షణ వాతావరణాలతో సహా అనేక పారిశ్రామిక రంగాలలో గణనీయమైన నష్టాలకు దారితీస్తుంది. మానవులలో, బయోఫిల్మ్‌లు ఏర్పడినప్పుడు, 80% కంటే ఎక్కువ సూక్ష్మజీవుల ఇన్ఫెక్షన్ కేసులు (ఎంటర్‌బాక్టీరియాసి మరియు స్టెఫిలోకాకితో సహా) చికిత్స చేయడం కష్టం. ఇంకా, పరిణతి చెందిన బయోఫిల్మ్‌లు ప్లాంక్టోనిక్ బాక్టీరియల్ కణాలతో పోలిస్తే యాంటీబయాటిక్ చికిత్సకు 1000 రెట్లు ఎక్కువ నిరోధకతను కలిగి ఉన్నాయని నివేదించబడింది, ఇది ఒక ప్రధాన చికిత్సా సవాలుగా పరిగణించబడుతుంది. సాంప్రదాయ సేంద్రీయ సమ్మేళనాల నుండి తీసుకోబడిన యాంటీమైక్రోబయల్ ఉపరితల పూత పదార్థాలు చారిత్రాత్మకంగా ఉపయోగించబడ్డాయి. అటువంటి పదార్థాలు తరచుగా మానవులకు ప్రమాదకరమైన విషపూరిత భాగాలను కలిగి ఉన్నప్పటికీ, 25,26 ఇది బ్యాక్టీరియా ప్రసారం మరియు పదార్థ విధ్వంసాన్ని నివారించడంలో సహాయపడుతుంది.
బయోఫిల్మ్ ఏర్పడటం వల్ల యాంటీబయాటిక్ చికిత్సలకు బ్యాక్టీరియా విస్తృతంగా నిరోధకతను కలిగి ఉండటం వలన, సురక్షితంగా వర్తించే ప్రభావవంతమైన యాంటీమైక్రోబయల్ మెంబ్రేన్-కోటెడ్ ఉపరితలాన్ని అభివృద్ధి చేయవలసిన అవసరం ఏర్పడింది27. బ్యాక్టీరియా కణాలు బంధించడానికి మరియు బయోఫిల్మ్‌లను నిర్మించడానికి నిరోధించబడే భౌతిక లేదా రసాయన యాంటీ-అథెరెంట్ ఉపరితలం అభివృద్ధి చేయడం ఈ ప్రక్రియలో మొదటి విధానం27. యాంటీమైక్రోబయల్ రసాయనాలను అవసరమైన చోట, అధిక సాంద్రత కలిగిన మరియు తగిన మొత్తంలో ఖచ్చితంగా పంపిణీ చేయడానికి వీలు కల్పించే పూతలను అభివృద్ధి చేయడం రెండవ సాంకేతికత. గ్రాఫేన్/జెర్మేనియం28, బ్లాక్ డైమండ్29 మరియు ZnO-డోప్డ్ డైమండ్ లాంటి కార్బన్ పూతలు30 వంటి ప్రత్యేకమైన పూత పదార్థాలను అభివృద్ధి చేయడం ద్వారా దీనిని సాధించవచ్చు, ఇవి బ్యాక్టీరియాకు నిరోధకతను కలిగి ఉంటాయి, బయోఫిల్మ్ ఏర్పడటం వల్ల విషపూరితం మరియు నిరోధక అభివృద్ధిని పెంచే సాంకేతికత గణనీయంగా తగ్గుతుంది. అదనంగా, బ్యాక్టీరియా కాలుష్యం నుండి దీర్ఘకాలిక రక్షణను అందించడానికి ఉపరితలాలలో క్రిమినాశక రసాయనాలను చేర్చే పూతలు మరింత ప్రాచుర్యం పొందుతున్నాయి. పూత ఉపరితలాలపై యాంటీమైక్రోబయల్ ప్రభావాలను ఉత్పత్తి చేయగల మూడు విధానాలు ఉన్నప్పటికీ, అవి అప్లికేషన్ వ్యూహాలను అభివృద్ధి చేసేటప్పుడు పరిగణించవలసిన వాటి స్వంత పరిమితులను కలిగి ఉంటాయి.
ప్రస్తుతం మార్కెట్లో ఉన్న ఉత్పత్తులు జీవశాస్త్రపరంగా చురుకైన పదార్థాల కోసం రక్షణ పూతలను విశ్లేషించడానికి మరియు పరీక్షించడానికి తగినంత సమయం లేకపోవడం వల్ల ఆటంకం కలిగిస్తున్నాయి. కంపెనీలు తమ ఉత్పత్తులు వినియోగదారులకు కావాల్సిన క్రియాత్మక అంశాలను అందిస్తాయని పేర్కొంటున్నాయి; అయితే, ప్రస్తుతం మార్కెట్లో ఉన్న ఉత్పత్తుల విజయానికి ఇది అడ్డంకిగా ఉంది. వెండి నుండి తీసుకోబడిన సమ్మేళనాలు ఇప్పుడు వినియోగదారులకు అందుబాటులో ఉన్న యాంటీమైక్రోబయల్ చికిత్సలలో ఎక్కువగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. ఈ ఉత్పత్తులు సూక్ష్మజీవుల యొక్క ప్రమాదకరమైన ప్రభావాల నుండి వినియోగదారులను రక్షించడానికి అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. వెండి సమ్మేళనాల యొక్క ఆలస్యమైన యాంటీమైక్రోబయల్ ప్రభావం మరియు సంబంధిత విషపూరితం తక్కువ హానికరమైన ప్రత్యామ్నాయాన్ని అభివృద్ధి చేయడానికి పరిశోధకులపై ఒత్తిడిని పెంచుతుంది36,37.ఇంటి లోపల మరియు వెలుపల పనిచేసే గ్లోబల్ యాంటీమైక్రోబయల్ పూతను సృష్టించడం ఇప్పటికీ కష్టమైన పనిగా నిరూపించబడుతోంది.ఇది ఆరోగ్యం మరియు భద్రత రెండింటికీ సంబంధించిన ప్రమాదాల కారణంగా ఉంది.మానవులకు తక్కువ హానికరమైన యాంటీమైక్రోబయల్ ఏజెంట్‌ను కనుగొనడం మరియు ఎక్కువ కాలం నిల్వ ఉండే పూత ఉపరితలాలలో దానిని ఎలా చేర్చాలో గుర్తించడం చాలా కోరుకునే లక్ష్యం38. తాజా యాంటీమైక్రోబయల్ మరియు యాంటీ-బయోఫిల్మ్ పదార్థాలు ప్రత్యక్ష సంపర్కం ద్వారా లేదా క్రియాశీల ఏజెంట్ విడుదలైన తర్వాత దగ్గరి పరిధిలో బ్యాక్టీరియాను చంపడానికి రూపొందించబడ్డాయి. వారు ప్రారంభ బ్యాక్టీరియా సంశ్లేషణను నిరోధించడం ద్వారా (ఉపరితలంపై ప్రోటీన్ పొర ఏర్పడటాన్ని ఎదుర్కోవడంతో సహా) లేదా సెల్ గోడతో జోక్యం చేసుకోవడం ద్వారా బ్యాక్టీరియాను చంపడం ద్వారా దీన్ని చేయవచ్చు.
ప్రాథమికంగా, ఉపరితల పూత అనేది ఉపరితల సంబంధిత లక్షణాలను మెరుగుపరచడానికి ఒక భాగం యొక్క ఉపరితలంపై మరొక పొరను ఉంచే ప్రక్రియ. ఉపరితల పూత యొక్క లక్ష్యం భాగం యొక్క సమీప-ఉపరితల ప్రాంతం యొక్క సూక్ష్మ నిర్మాణం మరియు/లేదా కూర్పును రూపొందించడం39. ఉపరితల పూత పద్ధతులను వివిధ పద్ధతులుగా విభజించవచ్చు, ఇవి Fig. 2aలో సంగ్రహించబడ్డాయి. పూతను సృష్టించడానికి ఉపయోగించే పద్ధతిని బట్టి పూతలను ఉష్ణ, రసాయన, భౌతిక మరియు విద్యుత్ రసాయన వర్గాలుగా విభజించవచ్చు.
(ఎ) ఉపరితలం కోసం ఉపయోగించే ప్రధాన తయారీ పద్ధతులను చూపించే ఇన్‌సెట్, మరియు (బి) కోల్డ్ స్ప్రే టెక్నిక్ యొక్క ఎంచుకున్న ప్రయోజనాలు మరియు అప్రయోజనాలు.
కోల్డ్ స్ప్రే టెక్నాలజీ సాంప్రదాయ థర్మల్ స్ప్రే పద్ధతులతో అనేక సారూప్యతలను పంచుకుంటుంది. అయితే, కోల్డ్ స్ప్రే ప్రక్రియ మరియు కోల్డ్ స్ప్రే పదార్థాలను ప్రత్యేకంగా ప్రత్యేకంగా చేసే కొన్ని కీలకమైన ప్రాథమిక లక్షణాలు కూడా ఉన్నాయి. కోల్డ్ స్ప్రే టెక్నాలజీ ఇంకా శైశవ దశలోనే ఉంది, కానీ దీనికి ప్రకాశవంతమైన భవిష్యత్తు ఉంది. కొన్ని అనువర్తనాల్లో, కోల్డ్ స్ప్రే యొక్క ప్రత్యేక లక్షణాలు సాధారణ థర్మల్ స్ప్రే పద్ధతుల యొక్క స్వాభావిక పరిమితులను అధిగమించి గొప్ప ప్రయోజనాలను అందిస్తాయి. ఇది సాంప్రదాయ థర్మల్ స్ప్రే టెక్నాలజీ యొక్క ముఖ్యమైన పరిమితులను అధిగమించడానికి ఒక మార్గాన్ని అందిస్తుంది, ఈ సమయంలో పౌడర్‌ను కరిగించి ఉపరితలంపై జమ చేయాలి. సహజంగానే, ఈ సాంప్రదాయ పూత ప్రక్రియ నానోక్రిస్టల్స్, నానోపార్టికల్స్, అమార్ఫస్ మరియు మెటాలిక్ గ్లాసెస్ వంటి చాలా ఉష్ణోగ్రత-సున్నితమైన పదార్థాలకు తగినది కాదు40, 41, 42. ఇంకా, థర్మల్ స్ప్రే కోటింగ్ పదార్థాలు ఎల్లప్పుడూ అధిక స్థాయి సచ్ఛిద్రత మరియు ఆక్సైడ్‌లను ప్రదర్శిస్తాయి. కోల్డ్ స్ప్రే టెక్నాలజీ థర్మల్ స్ప్రే టెక్నాలజీ కంటే అనేక ముఖ్యమైన ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది, అవి (i) సబ్‌స్ట్రేట్‌కు కనీస ఉష్ణ ఇన్‌పుట్, (ii) సబ్‌స్ట్రేట్ పూత ఎంపికలలో వశ్యత, (iii) దశ పరివర్తన మరియు ధాన్యం పెరుగుదల లేకపోవడం, (iv) అధిక బంధ బలం1,39 (Fig. 2b). అదనంగా, కోల్డ్ స్ప్రే పూత పదార్థాలు అధిక తుప్పు నిరోధకత, అధిక బలం మరియు కాఠిన్యం, అధిక విద్యుత్ వాహకత మరియు అధిక సాంద్రతను కలిగి ఉంటాయి41. కోల్డ్ స్ప్రే ప్రక్రియ యొక్క ప్రయోజనాలకు విరుద్ధంగా, ఈ పద్ధతిని ఉపయోగించడంలో ఇంకా కొన్ని ప్రతికూలతలు ఉన్నాయి, చిత్రం 2bలో చూపిన విధంగా. Al2O3, TiO2, ZrO2, WC మొదలైన స్వచ్ఛమైన సిరామిక్ పౌడర్‌లను పూత పూసేటప్పుడు, కోల్డ్ స్ప్రే పద్ధతిని ఉపయోగించలేము. మరోవైపు, సిరామిక్/మెటల్ కాంపోజిట్ పౌడర్‌లను పూతలకు ముడి పదార్థాలుగా ఉపయోగించవచ్చు. ఇతర థర్మల్ స్ప్రే పద్ధతులకు కూడా ఇది వర్తిస్తుంది. సంక్లిష్టమైన ఉపరితలాలు మరియు అంతర్గత పైపు ఉపరితలాలను పిచికారీ చేయడం ఇప్పటికీ కష్టం.
ప్రస్తుత పని మెటాలిక్ గ్లాసీ పౌడర్‌లను ముడి పూత పదార్థాలుగా ఉపయోగించడం లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నందున, ఈ ప్రయోజనం కోసం సాంప్రదాయ థర్మల్ స్ప్రేయింగ్‌ను ఉపయోగించలేమని స్పష్టమవుతుంది. ఎందుకంటే మెటాలిక్ గ్లాసీ పౌడర్‌లు అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద స్ఫటికీకరిస్తాయి1.
వైద్య మరియు ఆహార పరిశ్రమలలో ఉపయోగించే చాలా సాధనాలు శస్త్రచికిత్సా పరికరాల ఉత్పత్తికి 12 మరియు 20 wt% మధ్య క్రోమియం కంటెంట్‌తో ఆస్టెనిటిక్ స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ మిశ్రమాలతో (SUS316 మరియు SUS304) తయారు చేయబడతాయి. ఉక్కు మిశ్రమాలలో మిశ్రమ మూలకంగా క్రోమియం లోహాన్ని ఉపయోగించడం వల్ల ప్రామాణిక ఉక్కు మిశ్రమాల తుప్పు నిరోధకతను బాగా మెరుగుపరుస్తుందని సాధారణంగా అంగీకరించబడింది. స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ మిశ్రమాలు, వాటి అధిక తుప్పు నిరోధకత ఉన్నప్పటికీ, గణనీయమైన యాంటీమైక్రోబయల్ లక్షణాలను ప్రదర్శించవు38,39. ఇది వాటి అధిక తుప్పు నిరోధకతతో విభేదిస్తుంది. దీని తరువాత, ఇన్ఫెక్షన్ మరియు వాపు అభివృద్ధిని అంచనా వేయవచ్చు, ఇది ప్రధానంగా స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ బయోమెటీరియల్స్ ఉపరితలంపై బ్యాక్టీరియా సంశ్లేషణ మరియు వలసరాజ్యం వల్ల సంభవిస్తుంది. బ్యాక్టీరియా సంశ్లేషణ మరియు బయోఫిల్మ్ నిర్మాణ మార్గాలతో సంబంధం ఉన్న ముఖ్యమైన ఇబ్బందుల కారణంగా గణనీయమైన ఇబ్బందులు తలెత్తవచ్చు, ఇది ఆరోగ్య క్షీణతకు దారితీయవచ్చు, ఇది ప్రత్యక్షంగా లేదా పరోక్షంగా మానవ ఆరోగ్యాన్ని ప్రభావితం చేసే అనేక పరిణామాలను కలిగి ఉండవచ్చు.
యాంటీ బాక్టీరియల్ ఫిల్మ్/SUS304 ఉపరితల రక్షణ పూత ఉత్పత్తి కోసం MA టెక్నాలజీ (టేబుల్ 1) ఉపయోగించి మెటాలిక్ గ్లాసీ Cu-Zr-Ni టెర్నరీ పౌడర్‌లను ఉత్పత్తి చేసే సాధ్యాసాధ్యాలను పరిశోధించడానికి కువైట్ ఫౌండేషన్ ఫర్ ది అడ్వాన్స్‌మెంట్ ఆఫ్ సైన్స్ (KFAS), కాంట్రాక్ట్ నెం. 2010-550401 ద్వారా నిధులు సమకూర్చబడిన ప్రాజెక్ట్‌లో ఈ అధ్యయనం మొదటి దశ. జనవరి 2023లో ప్రారంభం కానున్న ఈ ప్రాజెక్ట్ యొక్క రెండవ దశ, వ్యవస్థ యొక్క ఎలక్ట్రోకెమికల్ తుప్పు లక్షణాలు మరియు యాంత్రిక లక్షణాలను వివరంగా పరిశీలిస్తుంది. వివిధ బ్యాక్టీరియా జాతుల కోసం వివరణాత్మక సూక్ష్మజీవ పరీక్షలు నిర్వహించబడతాయి.
ఈ పత్రంలో, Zr మిశ్రమలోహ మూలకం కంటెంట్ గాజు నిర్మాణ సామర్థ్యం (GFA) పై చూపే ప్రభావాన్ని పదనిర్మాణ మరియు నిర్మాణ లక్షణాల ఆధారంగా చర్చించారు. అదనంగా, పూత పూసిన మెటాలిక్ గ్లాస్ పౌడర్ పూత/SUS304 మిశ్రమం యొక్క యాంటీ బాక్టీరియల్ లక్షణాలను కూడా చర్చించారు. అంతేకాకుండా, కల్పిత మెటాలిక్ గాజు వ్యవస్థల సబ్‌కూల్డ్ ద్రవ ప్రాంతంలో కోల్డ్ స్ప్రేయింగ్ సమయంలో సంభవించే మెటాలిక్ గాజు పొడిల నిర్మాణాత్మక పరివర్తన యొక్క అవకాశాన్ని పరిశోధించడానికి ప్రస్తుత పని జరిగింది. ప్రాతినిధ్య ఉదాహరణలుగా, ఈ అధ్యయనంలో Cu50Zr30Ni20 మరియు Cu50Zr20Ni30 మెటాలిక్ గాజు మిశ్రమాలను ఉపయోగించారు.
ఈ విభాగంలో, తక్కువ శక్తి బాల్ మిల్లింగ్‌లో ఎలిమెంటల్ Cu, Zr మరియు Ni పౌడర్‌ల యొక్క పదనిర్మాణ మార్పులు ప్రదర్శించబడ్డాయి. ఉదాహరణగా, Cu50Zr20Ni30 మరియు Cu50Zr40Ni10 లను కలిగి ఉన్న రెండు వేర్వేరు వ్యవస్థలు ప్రాతినిధ్య ఉదాహరణలుగా ఉపయోగించబడతాయి. గ్రైండింగ్ దశలో ఉత్పత్తి చేయబడిన పౌడర్ యొక్క మెటలోగ్రాఫిక్ క్యారెక్టరైజేషన్ ద్వారా చూపబడినట్లుగా, MA ప్రక్రియను మూడు విభిన్న దశలుగా విభజించవచ్చు (చిత్రం 3).
బాల్ మిల్లింగ్ సమయం యొక్క వివిధ దశల తర్వాత పొందిన యాంత్రిక మిశ్రమం (MA) పౌడర్ల యొక్క మెటలోగ్రాఫిక్ లక్షణాలు. 3, 12 మరియు 50 h తక్కువ శక్తి బాల్ మిల్లింగ్ సమయాల తర్వాత పొందిన MA మరియు Cu50Zr40Ni10 పౌడర్ల ఫీల్డ్ ఎమిషన్ స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (FE-SEM) చిత్రాలు Cu50Zr20Ni30 వ్యవస్థ కోసం (a), (c) మరియు (e) లలో చూపబడ్డాయి, అదే MA లో సమయం తర్వాత తీసిన Cu50Zr40Ni10 వ్యవస్థ యొక్క సంబంధిత చిత్రాలు (b), (d) మరియు (f) లలో చూపబడ్డాయి.
బాల్ మిల్లింగ్ సమయంలో, లోహపు పొడికి బదిలీ చేయగల ప్రభావవంతమైన గతిశక్తి, Fig. 1aలో చూపిన విధంగా పారామితుల కలయిక ద్వారా ప్రభావితమవుతుంది. ఇందులో బంతులు మరియు పౌడర్‌ల మధ్య ఢీకొనడం, గ్రైండింగ్ మీడియా మధ్య లేదా వాటి మధ్య ఇరుక్కుపోయిన పౌడర్ యొక్క సంపీడన కోత, పడిపోతున్న బంతుల ప్రభావం, కదిలే బాల్ మిల్లింగ్ మీడియా మధ్య పౌడర్ డ్రాగ్ కారణంగా కోత మరియు దుస్తులు మరియు క్రాప్ లోడ్‌ల ద్వారా వ్యాపించే ఫాలింగ్ బాల్స్ గుండా వెళుతున్న షాక్ వేవ్ ఉన్నాయి (Fig. 1a). ఎలిమెంటల్ Cu, Zr మరియు Ni పౌడర్‌లు MA (3 h) ప్రారంభ దశలో కోల్డ్ వెల్డింగ్ కారణంగా తీవ్రంగా వైకల్యం చెందాయి, ఫలితంగా పెద్ద పౌడర్ కణాలు (> 1 mm వ్యాసం కలిగినవి) ఏర్పడతాయి. ఈ పెద్ద మిశ్రమ కణాలు Fig. 3a,bలో చూపిన విధంగా మిశ్రమ మూలకాల (Cu, Zr, Ni) మందపాటి పొరల ఏర్పాటు ద్వారా వర్గీకరించబడతాయి. MA సమయాన్ని 12 hకి (ఇంటర్మీడియట్ దశ) పెంచడం వలన బాల్ మిల్ యొక్క గతిశక్తి పెరిగింది, ఫలితంగా మిశ్రమ పొడి సూక్ష్మమైన పౌడర్‌లుగా (200 µm కంటే తక్కువ) కుళ్ళిపోయింది, Fig. లో చూపిన విధంగా. 3c,d. ఈ దశలో, అనువర్తిత కోత శక్తి Fig. 3c,d లో చూపిన విధంగా, చక్కటి Cu, Zr, Ni సూచన పొరలతో కొత్త లోహ ఉపరితలం ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది. పొర శుద్ధీకరణ ఫలితంగా, కొత్త దశలను ఉత్పత్తి చేయడానికి రేకుల ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద ఘన దశ ప్రతిచర్యలు సంభవిస్తాయి.
MA ప్రక్రియ యొక్క క్లైమాక్స్ వద్ద (50 h తర్వాత), ఫ్లాకీ మెటలోగ్రఫీ కొద్దిగా మాత్రమే కనిపించింది (Fig. 3e,f), కానీ పౌడర్ యొక్క పాలిష్ చేసిన ఉపరితలం మిర్రర్ మెటలోగ్రఫీని చూపించింది. దీని అర్థం MA ప్రక్రియ పూర్తయింది మరియు ఒకే ప్రతిచర్య దశ యొక్క సృష్టి సంభవించింది. Fig. 3e (I, II, III), f, v, vi)లో సూచిక చేయబడిన ప్రాంతాల మూలక కూర్పును ఫీల్డ్ ఎమిషన్ స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (FE-SEM)ను శక్తి వ్యాప్తి చేసే ఎక్స్-రే స్పెక్ట్రోస్కోపీ (EDS) (IV)తో కలిపి ఉపయోగించడం ద్వారా నిర్ణయించారు.
పట్టిక 2లో, మిశ్రమ మూలకాల యొక్క మూలక సాంద్రతలు Fig. 3e,fలో ఎంచుకున్న ప్రతి ప్రాంతం యొక్క మొత్తం బరువులో శాతంగా చూపబడ్డాయి. ఈ ఫలితాలను పట్టిక 1లో జాబితా చేయబడిన Cu50Zr20Ni30 మరియు Cu50Zr40Ni10 యొక్క ప్రారంభ నామమాత్ర కూర్పులతో పోల్చినప్పుడు, ఈ రెండు తుది ఉత్పత్తుల కూర్పులు నామమాత్ర కూర్పులకు చాలా సారూప్యమైన విలువలను కలిగి ఉన్నాయని చూడవచ్చు. ఇంకా, Fig. 3e,fలో జాబితా చేయబడిన ప్రాంతాలకు సంబంధించిన సాపేక్ష భాగం విలువలు ప్రతి నమూనా యొక్క కూర్పులో ఒక ప్రాంతం నుండి మరొక ప్రాంతానికి గణనీయమైన క్షీణత లేదా హెచ్చుతగ్గులను సూచించవు. ఒక ప్రాంతం నుండి మరొక ప్రాంతానికి కూర్పులో ఎటువంటి మార్పు లేకపోవడం దీనికి నిదర్శనం. ఇది టేబుల్ 2లో చూపిన విధంగా సజాతీయ మిశ్రమం పొడుల ఉత్పత్తిని సూచిస్తుంది.
Fig. 4a–d లో చూపిన విధంగా, తుది ఉత్పత్తి Cu50(Zr50−xNix) పౌడర్ యొక్క FE-SEM మైక్రోగ్రాఫ్‌లు 50 MA సార్లు తర్వాత పొందబడ్డాయి, ఇక్కడ x వరుసగా 10, 20, 30 మరియు 40 వద్ద.%. ఈ మిల్లింగ్ దశ తర్వాత, వాన్ డెర్ వాల్స్ ప్రభావం కారణంగా పౌడర్ సముదాయమవుతుంది, ఫలితంగా చిత్రం 4 లో చూపిన విధంగా 73 నుండి 126 nm వరకు వ్యాసం కలిగిన అల్ట్రాఫైన్ కణాలతో కూడిన పెద్ద సముదాయాలు ఏర్పడతాయి.
50 గంటల MA సమయం తర్వాత పొందిన Cu50(Zr50−xNix) పౌడర్ల యొక్క స్వరూప లక్షణాలు. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 వ్యవస్థల కోసం, 50 MA సమయాల తర్వాత పొందిన పౌడర్ల యొక్క FE-SEM చిత్రాలు వరుసగా (a), (b), (c) మరియు (d) లలో చూపబడ్డాయి.
కోల్డ్ స్ప్రే ఫీడర్‌లోకి పౌడర్‌లను లోడ్ చేసే ముందు, వాటిని మొదట విశ్లేషణాత్మక గ్రేడ్ ఇథనాల్‌లో 15 నిమిషాలు సోనికేట్ చేసి, ఆపై 150°C వద్ద 2 గంటలు ఎండబెట్టారు. పూత ప్రక్రియ అంతటా తరచుగా అనేక ముఖ్యమైన సమస్యలను కలిగించే సముదాయాన్ని విజయవంతంగా ఎదుర్కోవడానికి ఈ దశ తీసుకోవాలి. MA ప్రక్రియ పూర్తయిన తర్వాత, మిశ్రమం పౌడర్‌ల సజాతీయతను పరిశోధించడానికి మరిన్ని లక్షణాలు నిర్వహించబడ్డాయి. చిత్రం 5a–d వరుసగా 50 h M సమయం తర్వాత పొందిన Cu50Zr30Ni20 మిశ్రమం యొక్క Cu, Zr మరియు Ni మిశ్రమ మూలకాల యొక్క FE-SEM మైక్రోగ్రాఫ్‌లు మరియు సంబంధిత EDS చిత్రాలను చూపుతుంది. ఈ దశ తర్వాత ఉత్పత్తి చేయబడిన మిశ్రమం పౌడర్‌లు సజాతీయంగా ఉన్నాయని గమనించాలి ఎందుకంటే అవి చిత్రం 5లో చూపిన విధంగా సబ్-నానోమీటర్ స్థాయికి మించి ఎటువంటి కూర్పు హెచ్చుతగ్గులను చూపించవు.
FE-SEM/ఎనర్జీ డిస్పర్సివ్ ఎక్స్-రే స్పెక్ట్రోస్కోపీ (EDS) ద్వారా 50 MA సార్లు పొందిన MG Cu50Zr30Ni20 పౌడర్ యొక్క స్వరూప శాస్త్రం మరియు స్థానిక మూలక పంపిణీ.(a) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα మరియు (d) Ni-Kα చిత్రాల SEM మరియు X-రే EDS మ్యాపింగ్.
50 h MA సమయం తర్వాత పొందిన యాంత్రికంగా మిశ్రమం చేయబడిన Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 మరియు Cu50Zr20Ni30 పౌడర్ల యొక్క XRD నమూనాలు వరుసగా Fig. 6a–dలో చూపబడ్డాయి. ఈ దశ మిల్లింగ్ తర్వాత, విభిన్న Zr సాంద్రతలు కలిగిన అన్ని నమూనాలు Fig. 6లో చూపిన లక్షణ హాలో డిఫ్యూజన్ నమూనాలతో నిరాకార నిర్మాణాలను చూపించాయి.
50 గంటల MA సమయం తర్వాత (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 మరియు (d) Cu50Zr20Ni30 పౌడర్ల XRD నమూనాలు. మినహాయింపు లేకుండా అన్ని నమూనాలు హాలో డిఫ్యూజన్ నమూనాను చూపించాయి, ఇది నిరాకార దశ ఏర్పడటాన్ని సూచిస్తుంది.
ఫీల్డ్ ఎమిషన్ హై-రిజల్యూషన్ ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (FE-HRTEM) నిర్మాణాత్మక మార్పులను గమనించడానికి మరియు వివిధ MA సమయాల్లో బాల్ మిల్లింగ్ ఫలితంగా వచ్చే పౌడర్‌ల స్థానిక నిర్మాణాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి ఉపయోగించబడింది. Cu50Zr30Ni20 మరియు Cu50Zr40Ni10 పౌడర్‌ల కోసం మిల్లింగ్ యొక్క ప్రారంభ (6 గం) మరియు ఇంటర్మీడియట్ (18 గం) దశల తర్వాత పొందిన పౌడర్‌ల యొక్క FE-HRTEM చిత్రాలు వరుసగా Fig. 7a,cలో చూపబడ్డాయి. MA​6 h తర్వాత ఉత్పత్తి చేయబడిన పౌడర్ యొక్క ప్రకాశవంతమైన ఫీల్డ్ ఇమేజ్ (BFI) ప్రకారం, పౌడర్ fcc-Cu, hcp-Zr మరియు fcc-Ni మూలకాల యొక్క బాగా నిర్వచించబడిన సరిహద్దులతో పెద్ద ధాన్యాలతో కూడి ఉంటుంది మరియు Fig. 7aలో చూపిన విధంగా ప్రతిచర్య దశ ఏర్పడినట్లు ఎటువంటి సంకేతం లేదు. ఇంకా, (a) మధ్య ప్రాంతం నుండి తీసిన సహసంబంధమైన ఎంచుకున్న ప్రాంత వివర్తన నమూనా (SADP) ఒక కస్ప్ వివర్తన నమూనాను (Fig. 7b) వెల్లడించింది, ఇది పెద్ద స్ఫటికాల ఉనికిని మరియు రియాక్టివ్ దశ లేకపోవడాన్ని సూచిస్తుంది.
ప్రారంభ (6 గం) మరియు ఇంటర్మీడియట్ (18 గం) దశల తర్వాత పొందిన MA పౌడర్ యొక్క స్థానిక నిర్మాణ లక్షణం. (ఎ) ఫీల్డ్ ఎమిషన్ హై రిజల్యూషన్ ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (FE-HRTEM), మరియు (బి) 6 గం పాటు MA చికిత్స తర్వాత Cu50Zr30Ni20 పౌడర్ యొక్క సంబంధిత ఎంచుకున్న ప్రాంత వివర్తన నమూనా (SADP). 18 గం MA సమయం తర్వాత పొందిన Cu50Zr40Ni10 యొక్క FE-HRTEM చిత్రం (సి)లో చూపబడింది.
Fig. 7c లో చూపిన విధంగా, MA వ్యవధిని 18 h కి పొడిగించడం వలన ప్లాస్టిక్ వైకల్యంతో కలిపి తీవ్రమైన లాటిస్ లోపాలు ఏర్పడ్డాయి. MA ప్రక్రియ యొక్క ఈ ఇంటర్మీడియట్ దశలో, పౌడర్ స్టాకింగ్ ఫాల్ట్‌లు, లాటిస్ లోపాలు మరియు పాయింట్ లోపాలు (Figure 7) వంటి వివిధ లోపాలను ప్రదర్శిస్తుంది. ఈ లోపాలు పెద్ద ధాన్యాలను వాటి ధాన్యం సరిహద్దుల వెంట 20 nm కంటే తక్కువ పరిమాణాలు కలిగిన సబ్‌గ్రెయిన్‌లుగా విభజించడానికి కారణమవుతాయి (Fig. 7c).
36 h MA సమయం పాటు మిల్లింగ్ చేయబడిన Cu50Z30Ni20 పౌడర్ యొక్క స్థానిక నిర్మాణం, Fig. 8aలో చూపిన విధంగా, ఒక నిరాకార సూక్ష్మ మాతృకలో పొందుపరచబడిన అల్ట్రాఫైన్ నానోగ్రెయిన్‌ల ఏర్పాటును కలిగి ఉంది. స్థానిక EDS విశ్లేషణ Fig. 8aలో చూపిన ఆ నానోక్లస్టర్‌లు ప్రాసెస్ చేయని Cu, Zr మరియు Ni పౌడర్ మిశ్రమ మూలకాలతో సంబంధం కలిగి ఉన్నాయని సూచించింది. అదే సమయంలో, మాతృక యొక్క Cu కంటెంట్ ~32 at.% (లీన్ ఏరియా) నుండి ~74 at.% (రిచ్ ఏరియా) వరకు హెచ్చుతగ్గులకు గురైంది, ఇది వైవిధ్య ఉత్పత్తుల ఏర్పాటును సూచిస్తుంది. ఇంకా, ఈ దశలో మిల్లింగ్ తర్వాత పొందిన పౌడర్‌ల సంబంధిత SADPలు Fig. 8bలో చూపిన విధంగా, ఆ ముడి మిశ్రమ మూలకాలతో అనుబంధించబడిన పదునైన బిందువులతో అతివ్యాప్తి చెందుతున్న నిరాకార దశ యొక్క హాలో-డిఫ్యూజింగ్ ప్రాథమిక మరియు ద్వితీయ వలయాలను చూపుతాయి.
36 h-Cu50Zr30Ni20 పౌడర్ నానోస్కేల్ స్థానిక నిర్మాణ లక్షణాలు దాటి.(a) ప్రకాశవంతమైన ఫీల్డ్ ఇమేజ్ (BFI) మరియు సంబంధిత (b) 36 h MA సమయం పాటు మిల్లింగ్ తర్వాత పొందిన Cu50Zr30Ni20 పౌడర్ యొక్క SADP.
MA ప్రక్రియ ముగింపుకు దగ్గరగా (50 h), Cu50(Zr50−xNix), X; 10, 20, 30 మరియు 40 at.% పొడులు Fig. 9a–dలో చూపిన విధంగా ఎల్లప్పుడూ చిక్కైన నిరాకార దశ స్వరూపాన్ని కలిగి ఉంటాయి. ప్రతి కూర్పు యొక్క సంబంధిత SADPలో, పాయింట్-వంటి వివర్తనాలు లేదా పదునైన కంకణాకార నమూనాలు కనుగొనబడలేదు. ఇది ప్రాసెస్ చేయని స్ఫటికాకార లోహం లేదని, బదులుగా ఒక నిరాకార మిశ్రమం పొడి ఏర్పడదని సూచిస్తుంది. హాలో వ్యాప్తి నమూనాలను చూపించే ఈ సహసంబంధమైన SADPలు తుది ఉత్పత్తి పదార్థంలో నిరాకార దశల అభివృద్ధికి సాక్ష్యంగా కూడా ఉపయోగించబడ్డాయి.
MA యొక్క 50 h తర్వాత పొందిన (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 మరియు (d) Cu50Zr10Ni40 యొక్క MG Cu50 (Zr50−xNix) వ్యవస్థ యొక్క తుది ఉత్పత్తి యొక్క స్థానిక నిర్మాణం.FE-HRTEM మరియు సహసంబంధమైన నానోబీమ్ డిఫ్రాక్షన్ నమూనాలు (NBDP).
అమోర్ఫస్ Cu50(Zr50−xNix) వ్యవస్థ యొక్క Ni కంటెంట్ (x) యొక్క విధిగా గాజు పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత (Tg), సబ్‌కూల్డ్ లిక్విడ్ రీజియన్ (ΔTx) మరియు స్ఫటికీకరణ ఉష్ణోగ్రత (Tx) యొక్క ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని He వాయు ప్రవాహం కింద లక్షణాల యొక్క అవకలన స్కానింగ్ క్యాలరీమెట్రీ (DSC) ఉపయోగించి పరిశోధించారు. MA సమయం 50 h తర్వాత పొందిన Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 మరియు Cu50Zr10Ni40 అమోర్ఫస్ మిశ్రమం పొడుల యొక్క DSC జాడలు వరుసగా Fig. 10a, b, e లలో చూపబడ్డాయి. అమోర్ఫస్ Cu50Zr20Ni30 యొక్క DSC వక్రత Fig. 10c లో విడిగా చూపబడింది. అదే సమయంలో, DSC లో ~700 °C కు వేడి చేయబడిన Cu50Zr30Ni20 నమూనా Fig. 10d లో చూపబడింది.
గాజు పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత (Tg), స్ఫటికీకరణ ఉష్ణోగ్రత (Tx) మరియు సబ్‌కూల్డ్ లిక్విడ్ రీజియన్ (ΔTx) ద్వారా సూచించబడిన 50 h MA సమయం తర్వాత పొందిన Cu50(Zr50−xNix) MG పౌడర్‌ల ఉష్ణ స్థిరత్వం. 50 h MA సమయం తర్వాత (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 మరియు (e) Cu50Zr10Ni40 MG అల్లాయ్ పౌడర్‌ల అవకలన స్కానింగ్ క్యాలరీమీటర్ (DSC) థర్మోగ్రామ్‌లు. DSCలో ~700 °C కు వేడి చేయబడిన Cu50Zr30Ni20 నమూనా యొక్క ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ (XRD) నమూనా (d)లో చూపబడింది.
చిత్రం 10లో చూపిన విధంగా, వేర్వేరు Ni సాంద్రతలు (x) కలిగిన అన్ని కూర్పుల యొక్క DSC వక్రతలు రెండు వేర్వేరు సందర్భాలను సూచిస్తాయి, ఒకటి ఎండోథెర్మిక్ మరియు మరొకటి ఎక్సోథర్మిక్. మొదటి ఎండోథెర్మిక్ సంఘటన Tgకి అనుగుణంగా ఉంటుంది, రెండవది Txకి సంబంధించినది. Tg మరియు Tx మధ్య ఉన్న క్షితిజ సమాంతర స్పాన్ ప్రాంతాన్ని సబ్‌కూల్డ్ లిక్విడ్ రీజియన్ అంటారు (ΔTx = Tx – Tg). ఫలితాలు 526°C మరియు 612°C వద్ద ఉంచబడిన Cu50Zr40Ni10 నమూనా (Fig. 10a) యొక్క Tg మరియు Tx, కంటెంట్ (x)ని వరుసగా 482°C మరియు 563°C యొక్క తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వైపుకు 20కి మారుస్తుందని, చిత్రం 10bలో చూపిన విధంగా. తత్ఫలితంగా, Cu50Zr40Ni10 యొక్క ΔTx Cu50Zr30Ni20 కోసం 86°C (Fig. 10a) నుండి 81°Cకి తగ్గుతుంది. (Fig. 10b).MG Cu50Zr40Ni10 మిశ్రమం కోసం, Tg, Tx మరియు ΔTx విలువలు 447°C, 526°C మరియు 79°C స్థాయికి తగ్గాయని కూడా గమనించబడింది (Fig. 10b). Ni కంటెంట్ పెరుగుదల MG మిశ్రమం యొక్క ఉష్ణ స్థిరత్వం తగ్గడానికి దారితీస్తుందని ఇది సూచిస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, MG Cu50Zr20Ni30 మిశ్రమం యొక్క Tg విలువ (507 °C) MG Cu50Zr40Ni10 మిశ్రమం కంటే తక్కువగా ఉంటుంది; అయినప్పటికీ, దాని Tx మునుపటి (612 °C)తో పోల్చదగిన విలువను చూపుతుంది. అందువల్ల, ΔTx చిత్రం 10cలో చూపిన విధంగా అధిక విలువను (87°C) ప్రదర్శిస్తుంది.
MG Cu50(Zr50−xNix) వ్యవస్థ, MG Cu50Zr20Ni30 మిశ్రమలోహాన్ని ఉదాహరణగా తీసుకుంటే, పదునైన ఎక్సోథర్మిక్ శిఖరం ద్వారా fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10 మరియు orthorhombic-ZrNi (Fig. 10c) యొక్క క్రిస్టల్ దశల్లోకి స్ఫటికీకరిస్తుంది. ఈ నిరాకార నుండి స్ఫటికాకార దశ పరివర్తన MG నమూనా యొక్క XRD ద్వారా నిర్ధారించబడింది (Fig. 10d), దీనిని DSCలో 700 °Cకి వేడి చేశారు.
ప్రస్తుత పనిలో నిర్వహించిన కోల్డ్ స్ప్రే ప్రక్రియలో తీసిన ఛాయాచిత్రాలను చిత్రం 11 చూపిస్తుంది. ఈ అధ్యయనంలో, 50 h MA సమయం తర్వాత సంశ్లేషణ చేయబడిన లోహ గాజు లాంటి పొడి కణాలను (Cu50Zr20Ni30ని ఉదాహరణగా తీసుకుంటే) యాంటీ బాక్టీరియల్ ముడి పదార్థాలుగా ఉపయోగించారు మరియు స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ ప్లేట్ (SUS304) కోల్డ్ స్ప్రేయింగ్ టెక్నాలజీ ద్వారా పూత పూయబడింది. థర్మల్ స్ప్రే టెక్నాలజీ సిరీస్‌లో పూత కోసం కోల్డ్ స్ప్రే పద్ధతిని ఎంచుకున్నారు ఎందుకంటే ఇది థర్మల్ స్ప్రే సిరీస్‌లో అత్యంత సమర్థవంతమైన పద్ధతి మరియు దశ పరివర్తనలకు లోబడి లేని అమోర్ఫస్ మరియు నానోక్రిస్టలైన్ పౌడర్‌ల వంటి మెటల్ మెటాస్టేబుల్ ఉష్ణోగ్రత సెన్సిటివ్ పదార్థాలకు ఉపయోగించవచ్చు. ఈ పద్ధతిని ఎంచుకోవడంలో ఇది ప్రధాన అంశం. కోల్డ్ స్ప్రే ప్రక్రియ అధిక-వేగ కణాలను ఉపయోగించడం ద్వారా నిర్వహించబడుతుంది, ఇవి ఉపరితలం లేదా గతంలో జమ చేసిన కణాలతో ప్రభావంపై కణాల గతి శక్తిని ప్లాస్టిక్ వైకల్యం, స్ట్రెయిన్ మరియు వేడిగా మారుస్తాయి.
550 °C వద్ద MG పూత/SUS 304 యొక్క ఐదు వరుస తయారీలకు ఉపయోగించే కోల్డ్ స్ప్రే విధానాన్ని ఫీల్డ్ ఫోటోలు చూపుతాయి.
కణాల గతి శక్తి, అందువలన పూత నిర్మాణంలో ప్రతి కణం యొక్క మొమెంటం, ప్లాస్టిక్ వైకల్యం (ఉపరితలంలో ప్రారంభ కణం మరియు కణ-కణ పరస్పర చర్యలు మరియు కణ పరస్పర చర్యలు), శూన్యాలు ఏకీకరణ, కణ-కణ భ్రమణం, జాతి మరియు చివరికి వేడి 39 వంటి విధానాల ద్వారా ఇతర రకాల శక్తిగా మార్చబడాలి. ఇంకా, అన్ని ఇన్‌కమింగ్ గతి శక్తి వేడి మరియు జాతి శక్తిగా మార్చబడకపోతే, ఫలితం సాగే తాకిడి, అంటే కణాలు ప్రభావం తర్వాత తిరిగి బౌన్స్ అవుతాయి. కణం/ఉపరితల పదార్థానికి వర్తించే ప్రభావ శక్తిలో 90% స్థానిక వేడిగా మార్చబడుతుందని ఎత్తి చూపబడింది 40. ఇంకా, ప్రభావ ఒత్తిడిని వర్తింపజేసినప్పుడు, కాంటాక్ట్ పార్టికల్/సబ్‌స్ట్రేట్ ప్రాంతంలో చాలా తక్కువ సమయంలో అధిక ప్లాస్టిక్ జాతి రేట్లు సాధించబడతాయి41,42.
ప్లాస్టిక్ వైకల్యాన్ని సాధారణంగా శక్తి వెదజల్లే ప్రక్రియగా లేదా మరింత ప్రత్యేకంగా, ఇంటర్‌ఫేషియల్ ప్రాంతంలో ఉష్ణ మూలంగా పరిగణిస్తారు. అయితే, ఇంటర్‌ఫేషియల్ ప్రాంతంలో ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల సాధారణంగా ఇంటర్‌ఫేషియల్ ద్రవీభవనాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి లేదా అణు ఇంటర్‌డిఫ్యూజన్‌ను గణనీయంగా ప్రోత్సహించడానికి సరిపోదు. కోల్డ్ స్ప్రే పద్ధతులను ఉపయోగించినప్పుడు సంభవించే పౌడర్ సంశ్లేషణ మరియు నిక్షేపణపై ఈ మెటాలిక్ గ్లాసీ పౌడర్‌ల లక్షణాల ప్రభావాన్ని రచయితలకు తెలిసిన ఏ ప్రచురణ కూడా పరిశోధించలేదు.
MG Cu50Zr20Ni30 మిశ్రమం పొడి యొక్క BFIని Fig. 12aలో చూడవచ్చు, దీనిని SUS 304 సబ్‌స్ట్రేట్‌పై పూత పూశారు (Figs. 11, 12b). చిత్రంలో చూడగలిగినట్లుగా, పూత పూసిన పొడిలు వాటి అసలు నిరాకార నిర్మాణాన్ని నిర్వహిస్తాయి ఎందుకంటే అవి ఎటువంటి స్ఫటికాకార లక్షణాలు లేదా లాటిస్ లోపాలు లేకుండా సున్నితమైన చిక్కైన నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటాయి. మరోవైపు, MG-పూతతో కూడిన పౌడర్ మ్యాట్రిక్స్‌లో చేర్చబడిన నానోపార్టికల్స్ సూచించినట్లుగా, చిత్రం బాహ్య దశ ఉనికిని సూచిస్తుంది (Fig. 12a). చిత్రం 12c ప్రాంతం I (Fig. 12a)తో అనుబంధించబడిన ఇండెక్స్డ్ నానోబీమ్ డిఫ్రాక్షన్ నమూనా (NBDP)ని వర్ణిస్తుంది. Fig. 12cలో చూపిన విధంగా, NBDP నిరాకార నిర్మాణం యొక్క బలహీనమైన హాలో వ్యాప్తి నమూనాను ప్రదర్శిస్తుంది మరియు స్ఫటికాకార పెద్ద క్యూబిక్ Zr2Ni మెటాస్టేబుల్ ప్లస్ టెట్రాగోనల్ CuO దశకు అనుగుణంగా పదునైన పాచెస్‌తో సహజీవనం చేస్తుంది. స్ప్రే గన్ యొక్క నాజిల్ నుండి SUS 304 వరకు బహిరంగ ప్రదేశంలో ప్రయాణించేటప్పుడు పొడి యొక్క ఆక్సీకరణకు CuO ఏర్పడటానికి కారణమని చెప్పవచ్చు. సూపర్సోనిక్ ప్రవాహం కింద గాలి. మరోవైపు, మెటాలిక్ గ్లాసీ పౌడర్ల డీవిట్రిఫికేషన్ 550 °C వద్ద 30 నిమిషాల పాటు కోల్డ్ స్ప్రే ట్రీట్మెంట్ తర్వాత పెద్ద క్యూబిక్ దశల ఏర్పాటును సాధించింది.
(ఎ) (బి) SUS 304 సబ్‌స్ట్రేట్ (ఫిగర్ ఇన్‌సెట్) పై పూత పూసిన MG పౌడర్ యొక్క FE-HRTEM చిత్రం. (ఎ) లో చూపబడిన వృత్తాకార చిహ్నం యొక్క సూచిక NBDP (సి) లో చూపబడింది.
పెద్ద క్యూబిక్ Zr2Ni నానోపార్టికల్స్ ఏర్పడటానికి ఈ సంభావ్య యంత్రాంగాన్ని ధృవీకరించడానికి, ఒక స్వతంత్ర ప్రయోగం జరిగింది. ఈ ప్రయోగంలో, పొడులను SUS 304 ఉపరితలం దిశలో 550 °C వద్ద స్ప్రే గన్ నుండి స్ప్రే చేశారు; అయితే, పొడుల యొక్క ఎనియలింగ్ ప్రభావాన్ని విశదీకరించడానికి, వాటిని SUS304 స్ట్రిప్ నుండి వీలైనంత త్వరగా (సుమారు 60 సెకన్లు) తొలగించారు. నిక్షేపణ తర్వాత దాదాపు 180 సెకన్ల తర్వాత పౌడర్‌ను ఉపరితలం నుండి తొలగించే మరో ప్రయోగాన్ని నిర్వహించారు.
13a,b గణాంకాలు వరుసగా 60 సెకన్లు మరియు 180 సెకన్ల పాటు SUS 304 సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై జమ చేసిన రెండు స్ప్రే చేసిన పదార్థాల ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (STEM) స్కానింగ్ ద్వారా పొందిన డార్క్ ఫీల్డ్ ఇమేజ్‌లను (DFI) చూపుతాయి. 60 సెకన్ల పాటు జమ చేసిన పౌడర్ ఇమేజ్‌లో ఎటువంటి పదనిర్మాణ వివరాలు లేవు, లక్షణం లేనితనాన్ని చూపుతాయి (Fig. 13a). దీనిని XRD కూడా ధృవీకరించింది, ఇది ఈ పౌడర్‌ల సాధారణ నిర్మాణం నిరాకారంగా ఉందని సూచించింది, ఇది Figure 14aలో చూపిన విస్తృత ప్రాథమిక మరియు ద్వితీయ వివర్తన మాగ్జిమా ద్వారా సూచించబడింది. ఇవి మెటాస్టేబుల్/మెసోఫేస్ అవపాతం లేకపోవడాన్ని సూచిస్తాయి, ఇక్కడ పౌడర్ దాని అసలు నిరాకార నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, అదే ఉష్ణోగ్రత వద్ద (550 °C) స్ప్రే చేయబడిన పౌడర్, కానీ 180 సెకన్ల పాటు సబ్‌స్ట్రేట్‌పై ఉంచబడినప్పుడు, Fig. 13bలోని బాణాల ద్వారా సూచించబడినట్లుగా, నానో-పరిమాణ ధాన్యాల అవపాతం చూపబడింది.