Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર. તમે જે બ્રાઉઝર વર્ઝનનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છો તેમાં મર્યાદિત CSS સપોર્ટ છે. શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટેડ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા ઇન્ટરનેટ એક્સપ્લોરરમાં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો). તે દરમિયાન, સતત સપોર્ટ સુનિશ્ચિત કરવા માટે, અમે સાઇટને સ્ટાઇલ અને JavaScript વિના રેન્ડર કરીશું.
ક્રોનિક ચેપના વિકાસમાં બાયોફિલ્મ્સ એક મહત્વપૂર્ણ ઘટક છે, ખાસ કરીને જ્યારે તબીબી ઉપકરણોની વાત આવે છે. આ સમસ્યા તબીબી સમુદાય માટે એક મોટો પડકાર રજૂ કરે છે, કારણ કે પ્રમાણભૂત એન્ટિબાયોટિક્સ ફક્ત ખૂબ જ મર્યાદિત હદ સુધી બાયોફિલ્મ્સનો નાશ કરી શકે છે. બાયોફિલ્મ રચના અટકાવવાથી વિવિધ કોટિંગ પદ્ધતિઓ અને નવી સામગ્રીનો વિકાસ થયો છે. આ તકનીકોનો હેતુ સપાટીઓને એવી રીતે કોટ કરવાનો છે જે બાયોફિલ્મ રચનાને અટકાવે છે. વિટ્રીયસ મેટલ એલોય, ખાસ કરીને કોપર અને ટાઇટેનિયમ ધાતુઓ ધરાવતા, આદર્શ એન્ટિમાઇક્રોબાયલ કોટિંગ બની ગયા છે. તે જ સમયે, કોલ્ડ સ્પ્રે ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ વધ્યો છે કારણ કે તે તાપમાન સંવેદનશીલ સામગ્રીની પ્રક્રિયા માટે યોગ્ય પદ્ધતિ છે. આ સંશોધનના ધ્યેયનો એક ભાગ યાંત્રિક એલોયિંગ તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને Cu-Zr-Ni ટર્નરીથી બનેલી નવી એન્ટિબેક્ટેરિયલ ફિલ્મ મેટાલિક ગ્લાસ વિકસાવવાનો હતો. અંતિમ ઉત્પાદન બનાવે છે તે ગોળાકાર પાવડરનો ઉપયોગ નીચા તાપમાને સ્ટેનલેસ સ્ટીલ સપાટીઓના ઠંડા છંટકાવ માટે કાચા માલ તરીકે થાય છે. મેટલ ગ્લાસ કોટેડ સબસ્ટ્રેટ્સ સ્ટેનલેસ સ્ટીલની તુલનામાં બાયોફિલ્મ રચનાને ઓછામાં ઓછા 1 લોગ દ્વારા નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડવામાં સક્ષમ હતા.
માનવ ઇતિહાસ દરમ્યાન, કોઈપણ સમાજ તેની ચોક્કસ જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા માટે નવી સામગ્રી વિકસાવવા અને તેનો ઉપયોગ કરવામાં સક્ષમ રહ્યો છે, જેના પરિણામે વૈશ્વિક અર્થતંત્રમાં ઉત્પાદકતા અને રેન્કિંગમાં વધારો થયો છે. તે હંમેશા સામગ્રી અને ઉત્પાદન સાધનો ડિઝાઇન કરવાની માનવ ક્ષમતા, તેમજ આરોગ્ય, શિક્ષણ, ઉદ્યોગ, અર્થશાસ્ત્ર, સંસ્કૃતિ અને અન્ય ક્ષેત્રોને એક દેશ અથવા પ્રદેશથી બીજા ક્ષેત્રમાં પ્રાપ્ત કરવા માટે સામગ્રીનું ઉત્પાદન અને લાક્ષણિકતા બનાવવા માટેની ડિઝાઇનને આભારી છે. પ્રગતિનું માપન દેશ કે પ્રદેશને ધ્યાનમાં લીધા વિના કરવામાં આવે છે. 60 વર્ષથી, સામગ્રી વૈજ્ઞાનિકોએ એક મુખ્ય કાર્ય માટે ઘણો સમય ફાળવ્યો છે: નવી અને અદ્યતન સામગ્રીની શોધ. તાજેતરના સંશોધનોએ હાલની સામગ્રીની ગુણવત્તા અને પ્રદર્શનમાં સુધારો કરવા તેમજ સંપૂર્ણપણે નવા પ્રકારની સામગ્રીનું સંશ્લેષણ અને શોધ કરવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું છે.
મિશ્ર તત્વોનો ઉમેરો, સામગ્રીના સૂક્ષ્મ માળખામાં ફેરફાર અને થર્મલ, યાંત્રિક અથવા થર્મોમિકેનિકલ સારવાર પદ્ધતિઓના ઉપયોગથી વિવિધ સામગ્રીના યાંત્રિક, રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મોમાં નોંધપાત્ર સુધારો થયો છે. વધુમાં, અત્યાર સુધી અજાણ્યા સંયોજનોનું સફળતાપૂર્વક સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું છે. આ સતત પ્રયાસોએ નવીન સામગ્રીના એક નવા પરિવારને જન્મ આપ્યો છે જેને સામૂહિક રીતે એડવાન્સ્ડ મટિરિયલ્સ2 તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. નેનોક્રિસ્ટલ્સ, નેનોપાર્ટિકલ્સ, નેનોટ્યુબ્સ, ક્વોન્ટમ ડોટ્સ, શૂન્ય-પરિમાણીય, આકારહીન ધાતુના ચશ્મા અને ઉચ્ચ-એન્ટ્રોપી એલોય એ અદ્યતન સામગ્રીના કેટલાક ઉદાહરણો છે જે છેલ્લી સદીના મધ્યથી વિશ્વમાં દેખાયા છે. સુધારેલા ગુણધર્મોવાળા નવા એલોયના ઉત્પાદન અને વિકાસમાં, અંતિમ ઉત્પાદનમાં અને તેના ઉત્પાદનના મધ્યવર્તી તબક્કા બંનેમાં, અસંતુલનની સમસ્યા ઘણીવાર ઉમેરવામાં આવે છે. સંતુલનમાંથી નોંધપાત્ર વિચલનોને મંજૂરી આપતી નવી ઉત્પાદન તકનીકોના પરિચયના પરિણામે, મેટાસ્ટેબલ એલોયનો એક સંપૂર્ણ નવો વર્ગ, જેને મેટાલિક ચશ્મા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, શોધાયો છે.
૧૯૬૦માં કેલ્ટેક ખાતેના તેમના કાર્યથી ધાતુના એલોયની વિભાવનામાં ક્રાંતિ આવી જ્યારે તેમણે લગભગ દસ લાખ ડિગ્રી પ્રતિ સેકન્ડની ઝડપે પ્રવાહીને ઝડપથી ઘન બનાવીને Au-25 at.% Si ગ્લાસી એલોયનું સંશ્લેષણ કર્યું. ૪ પ્રોફેસર પોલ ડુવ્સની શોધે માત્ર ઇતિહાસના ધાતુના ચશ્મા (MS) ની શરૂઆત જ કરી નહીં, પરંતુ ધાતુના એલોય વિશે લોકોના વિચારમાં પણ પરિવર્તન લાવ્યું. MS એલોયના સંશ્લેષણમાં પ્રથમ અગ્રણી સંશોધનથી, લગભગ તમામ ધાતુના ચશ્મા નીચેની પદ્ધતિઓમાંથી એકનો ઉપયોગ કરીને સંપૂર્ણપણે મેળવવામાં આવ્યા છે: (i) ઓગળવું અથવા વરાળનું ઝડપી ઘનકરણ, (ii) અણુ જાળી વિકૃતિ, (iii) શુદ્ધ ધાતુ તત્વો વચ્ચે ઘન-સ્થિતિ આકારીકરણ પ્રતિક્રિયાઓ અને (iv) મેટાસ્ટેબલ તબક્કાઓના ઘન તબક્કા સંક્રમણો.
MGs સ્ફટિકો સાથે સંકળાયેલા લાંબા-અંતરના અણુ ક્રમના અભાવ દ્વારા અલગ પડે છે, જે સ્ફટિકોની એક વ્યાખ્યાયિત લાક્ષણિકતા છે. આધુનિક વિશ્વમાં, ધાતુના કાચના ક્ષેત્રમાં મોટી પ્રગતિ થઈ છે. આ રસપ્રદ ગુણધર્મો ધરાવતી નવી સામગ્રી છે જે ફક્ત ઘન સ્થિતિ ભૌતિકશાસ્ત્ર માટે જ નહીં, પરંતુ ધાતુશાસ્ત્ર, સપાટી રસાયણશાસ્ત્ર, ટેકનોલોજી, જીવવિજ્ઞાન અને અન્ય ઘણા ક્ષેત્રોમાં પણ રસપ્રદ છે. આ નવા પ્રકારની સામગ્રીમાં એવા ગુણધર્મો છે જે સખત ધાતુઓથી અલગ છે, જે તેને વિવિધ ક્ષેત્રોમાં તકનીકી એપ્લિકેશનો માટે એક રસપ્રદ ઉમેદવાર બનાવે છે. તેમની પાસે કેટલાક મહત્વપૂર્ણ ગુણધર્મો છે: (i) ઉચ્ચ યાંત્રિક નરમાઈ અને ઉપજ શક્તિ, (ii) ઉચ્ચ ચુંબકીય અભેદ્યતા, (iii) ઓછી જબરદસ્તી, (iv) અસામાન્ય કાટ પ્રતિકાર, (v) તાપમાન સ્વતંત્રતા. વાહકતા 6.7.
યાંત્રિક એલોયિંગ (MA)1,8 એ પ્રમાણમાં નવી પદ્ધતિ છે, જે સૌપ્રથમ 19839 માં પ્રો. કે.કે. કોક અને તેમના સાથીદારો દ્વારા રજૂ કરવામાં આવી હતી. તેઓએ શુદ્ધ તત્વોના મિશ્રણને ઓરડાના તાપમાનની ખૂબ નજીક આસપાસના તાપમાને પીસીને આકારહીન Ni60Nb40 પાવડર બનાવ્યા. સામાન્ય રીતે, MA પ્રતિક્રિયા રિએક્ટરમાં રિએક્ટન્ટ પાવડરના પ્રસરણ બંધન વચ્ચે, જે સામાન્ય રીતે સ્ટેનલેસ સ્ટીલથી બને છે, બોલ મિલમાં કરવામાં આવે છે. 10 (આકૃતિ 1a, b). ત્યારથી, આ યાંત્રિક રીતે પ્રેરિત ઘન સ્થિતિ પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિનો ઉપયોગ ઓછી (આકૃતિ 1c) અને ઉચ્ચ ઉર્જા બોલ મિલ્સ અને રોડ મિલ્સ 11,12,13,14,15,16 નો ઉપયોગ કરીને નવા આકારહીન/ધાતુ કાચ એલોય પાવડર તૈયાર કરવા માટે કરવામાં આવે છે. ખાસ કરીને, આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ Cu-Ta17 જેવી અવિભાજ્ય સિસ્ટમો તેમજ Al-ટ્રાન્ઝીશન મેટલ (TM, Zr, Hf, Nb અને Ta)18,19 અને Fe-W20 સિસ્ટમો જેવા ઉચ્ચ ગલનબિંદુ એલોય તૈયાર કરવા માટે કરવામાં આવે છે. , જે પરંપરાગત રસોઈ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને મેળવી શકાતું નથી. વધુમાં, MA ને મેટલ ઓક્સાઇડ, કાર્બાઇડ, નાઇટ્રાઇડ, હાઇડ્રાઇડ, કાર્બન નેનોટ્યુબ, નેનોડાયમંડ્સના નેનોક્રિસ્ટલાઇન અને નેનોકોમ્પોઝીટ પાવડર કણોના ઔદ્યોગિક ધોરણે ઉત્પાદન માટે સૌથી શક્તિશાળી નેનોટેકનોલોજીકલ સાધનોમાંનું એક માનવામાં આવે છે, તેમજ ટોપ-ડાઉન અભિગમનો ઉપયોગ કરીને વ્યાપક સ્થિરીકરણ માટે. 1 અને મેટાસ્ટેબલ તબક્કાઓ.
આ અભ્યાસમાં Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 મેટાલિક ગ્લાસ કોટિંગ તૈયાર કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતી ફેબ્રિકેશન પદ્ધતિ દર્શાવતી યોજનાકીય. (a) ઓછી ઉર્જાવાળા બોલ મિલિંગ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને Ni x (x; 10, 20, 30, અને 40 at.%) ની વિવિધ સાંદ્રતાવાળા MC એલોય પાવડરની તૈયારી. (a) શરૂઆતની સામગ્રીને ટૂલ સ્ટીલ બોલ સાથે ટૂલ સિલિન્ડરમાં લોડ કરવામાં આવે છે અને (b) He વાતાવરણથી ભરેલા ગ્લોવ બોક્સમાં સીલ કરવામાં આવે છે. (c) ગ્રાઇન્ડીંગ દરમિયાન બોલની ગતિ દર્શાવતું ગ્રાઇન્ડીંગ વાસણનું પારદર્શક મોડેલ. 50 કલાક પછી મેળવેલ અંતિમ પાવડર ઉત્પાદનનો ઉપયોગ SUS 304 સબસ્ટ્રેટ (d) ને કોલ્ડ સ્પ્રે કોટ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.
જ્યારે જથ્થાબંધ સામગ્રીની સપાટીઓ (સબસ્ટ્રેટ્સ) ની વાત આવે છે, ત્યારે સપાટી ઇજનેરીમાં સપાટીઓ (સબસ્ટ્રેટ્સ) ની ડિઝાઇન અને ફેરફારનો સમાવેશ થાય છે જેથી મૂળ જથ્થાબંધ સામગ્રીમાં હાજર ન હોય તેવા ચોક્કસ ભૌતિક, રાસાયણિક અને તકનીકી ગુણધર્મો પૂરા પાડી શકાય. સપાટીની સારવાર દ્વારા અસરકારક રીતે સુધારી શકાય તેવા કેટલાક ગુણધર્મોમાં ઘર્ષણ, ઓક્સિડેશન અને કાટ પ્રતિકાર, ઘર્ષણ ગુણાંક, બાયોઇનર્ટનેસ, વિદ્યુત ગુણધર્મો અને થર્મલ ઇન્સ્યુલેશનનો સમાવેશ થાય છે, ફક્ત થોડા નામ આપવા માટે. ધાતુશાસ્ત્ર, યાંત્રિક અથવા રાસાયણિક પદ્ધતિઓ દ્વારા સપાટીની ગુણવત્તા સુધારી શકાય છે. એક જાણીતી પ્રક્રિયા તરીકે, કોટિંગને ફક્ત સામગ્રીના એક અથવા વધુ સ્તરો તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે જે કૃત્રિમ રીતે અન્ય સામગ્રીમાંથી બનેલા જથ્થાબંધ પદાર્થ (સબસ્ટ્રેટ) ની સપાટી પર લાગુ કરવામાં આવે છે. આમ, કોટિંગ્સનો ઉપયોગ ઇચ્છિત તકનીકી અથવા સુશોભન ગુણધર્મો પ્રાપ્ત કરવા માટે, તેમજ પર્યાવરણ સાથે અપેક્ષિત રાસાયણિક અને ભૌતિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓથી સામગ્રીને સુરક્ષિત કરવા માટે થાય છે.23.
કેટલાક માઇક્રોમીટર (૧૦-૨૦ માઇક્રોમીટરથી નીચે) થી ૩૦ માઇક્રોમીટરથી વધુ અથવા તો કેટલાક મિલીમીટર જાડાઈ સુધીના યોગ્ય રક્ષણાત્મક સ્તરો લાગુ કરવા માટે વિવિધ પદ્ધતિઓ અને તકનીકોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. સામાન્ય રીતે, કોટિંગ પ્રક્રિયાઓને બે શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: (i) ભીના કોટિંગ પદ્ધતિઓ, જેમાં ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ, ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ અને હોટ ડીપ ગેલ્વેનાઇઝિંગનો સમાવેશ થાય છે, અને (ii) ડ્રાય કોટિંગ પદ્ધતિઓ, જેમાં સોલ્ડરિંગ, હાર્ડફેસિંગ, ભૌતિક વરાળ ડિપોઝિશન (PVD)નો સમાવેશ થાય છે. ), રાસાયણિક વરાળ ડિપોઝિશન (CVD), થર્મલ સ્પ્રે તકનીકો અને તાજેતરમાં ઠંડા સ્પ્રે તકનીકો 24 (આકૃતિ 1d).
બાયોફિલ્મ્સને માઇક્રોબાયલ સમુદાયો તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે જે સપાટીઓ સાથે ઉલટાવી ન શકાય તેવા રીતે જોડાયેલા હોય છે અને સ્વ-ઉત્પાદિત એક્સ્ટ્રાસેલ્યુલર પોલિમર્સ (EPS) થી ઘેરાયેલા હોય છે. સુપરફિસિયલલી પરિપક્વ બાયોફિલ્મની રચના ફૂડ પ્રોસેસિંગ, પાણી પ્રણાલીઓ અને આરોગ્યસંભાળ સહિત ઘણા ઉદ્યોગોમાં નોંધપાત્ર નુકસાન તરફ દોરી શકે છે. માનવોમાં, બાયોફિલ્મ્સની રચના સાથે, માઇક્રોબાયલ ચેપના 80% થી વધુ કેસ (એન્ટરોબેક્ટેરિયાસી અને સ્ટેફાયલોકોસી સહિત) ની સારવાર કરવી મુશ્કેલ બને છે. વધુમાં, પરિપક્વ બાયોફિલ્મ્સ પ્લાન્કટોનિક બેક્ટેરિયલ કોષોની તુલનામાં એન્ટિબાયોટિક સારવાર માટે 1000 ગણી વધુ પ્રતિરોધક હોવાનું નોંધાયું છે, જેને એક મુખ્ય ઉપચારાત્મક પડકાર માનવામાં આવે છે. ઐતિહાસિક રીતે, સામાન્ય કાર્બનિક સંયોજનોમાંથી મેળવેલા એન્ટિમાઇક્રોબાયલ સપાટી કોટિંગ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. જોકે આવી સામગ્રીમાં ઘણીવાર ઝેરી ઘટકો હોય છે જે માનવો માટે સંભવિત રીતે હાનિકારક હોય છે, 25,26 આ બેક્ટેરિયાના સંક્રમણ અને સામગ્રીના અધોગતિને ટાળવામાં મદદ કરી શકે છે.
બાયોફિલ્મ રચનાને કારણે એન્ટિબાયોટિક સારવાર માટે વ્યાપક બેક્ટેરિયાના પ્રતિકારને કારણે અસરકારક એન્ટિમાઇક્રોબાયલ મેમ્બ્રેન કોટેડ સપાટી વિકસાવવાની જરૂરિયાત ઊભી થઈ છે જે સુરક્ષિત રીતે લાગુ કરી શકાય છે. ભૌતિક અથવા રાસાયણિક એન્ટિ-એડહેસિવ સપાટીનો વિકાસ, જેના પર બેક્ટેરિયલ કોષો સંલગ્નતાને કારણે બાયોફિલ્મ્સ બાંધી શકતા નથી અને બનાવી શકતા નથી, આ પ્રક્રિયામાં પ્રથમ અભિગમ છે. બીજી તકનીક એ કોટિંગ્સ વિકસાવવાની છે જે એન્ટિમાઇક્રોબાયલ રસાયણોને બરાબર જ્યાં જરૂર હોય ત્યાં પહોંચાડે છે, ખૂબ જ કેન્દ્રિત અને અનુરૂપ માત્રામાં. આ ગ્રાફીન/જર્મનિયમ28, બ્લેક ડાયમંડ29 અને ZnO30-ડોપ્ડ ડાયમંડ જેવા કાર્બન કોટિંગ્સ જેવા અનન્ય કોટિંગ સામગ્રીના વિકાસ દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે જે બેક્ટેરિયા સામે પ્રતિરોધક છે, એક તકનીક જે બાયોફિલ્મ રચનાને કારણે ઝેરીતા અને પ્રતિકારના વિકાસને મહત્તમ કરે છે. વધુમાં, બેક્ટેરિયાના દૂષણ સામે લાંબા ગાળાનું રક્ષણ પૂરું પાડતા જંતુનાશક રસાયણો ધરાવતા કોટિંગ્સ વધુને વધુ લોકપ્રિય બની રહ્યા છે. જ્યારે ત્રણેય પ્રક્રિયાઓ કોટેડ સપાટીઓ પર એન્ટિમાઇક્રોબાયલ પ્રવૃત્તિ કરવા સક્ષમ છે, ત્યારે દરેકની પોતાની મર્યાદાઓનો સમૂહ છે જે એપ્લિકેશન વ્યૂહરચના વિકસાવતી વખતે ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ.
હાલમાં બજારમાં ઉપલબ્ધ ઉત્પાદનો જૈવિક રીતે સક્રિય ઘટકો માટે રક્ષણાત્મક કોટિંગ્સનું વિશ્લેષણ અને પરીક્ષણ કરવા માટે સમયના અભાવે અવરોધાય છે. કંપનીઓ દાવો કરે છે કે તેમના ઉત્પાદનો વપરાશકર્તાઓને ઇચ્છિત કાર્યાત્મક પાસાઓ પ્રદાન કરશે, જો કે, આ હાલમાં બજારમાં ઉપલબ્ધ ઉત્પાદનોની સફળતામાં અવરોધ બની ગયું છે. ચાંદીમાંથી મેળવેલા સંયોજનોનો ઉપયોગ હાલમાં ગ્રાહકો માટે ઉપલબ્ધ મોટાભાગના એન્ટિમાઇક્રોબાયલ્સમાં થાય છે. આ ઉત્પાદનો વપરાશકર્તાઓને સૂક્ષ્મ જીવોના સંભવિત હાનિકારક સંપર્કથી બચાવવા માટે રચાયેલ છે. વિલંબિત એન્ટિમાઇક્રોબાયલ અસર અને ચાંદીના સંયોજનોની સંકળાયેલ ઝેરીતા સંશોધકો પર ઓછા હાનિકારક વિકલ્પ વિકસાવવા માટે દબાણ વધારે છે36,37. અંદર અને બહાર કામ કરતું વૈશ્વિક એન્ટિમાઇક્રોબાયલ કોટિંગ બનાવવું એક પડકાર રહે છે. આ સંકળાયેલ આરોગ્ય અને સલામતી જોખમો સાથે આવે છે. મનુષ્યો માટે ઓછું હાનિકારક એન્ટિમાઇક્રોબાયલ એજન્ટ શોધવું અને તેને લાંબા શેલ્ફ લાઇફ સાથે કોટિંગ સબસ્ટ્રેટમાં કેવી રીતે સમાવિષ્ટ કરવું તે શોધવું એ ખૂબ જ ઇચ્છિત ધ્યેય છે38. નવીનતમ એન્ટિમાઇક્રોબાયલ અને એન્ટિબાયોફિલ્મ સામગ્રી સીધા સંપર્ક દ્વારા અથવા સક્રિય એજન્ટના પ્રકાશન પછી નજીકના અંતરે બેક્ટેરિયાને મારવા માટે રચાયેલ છે. તેઓ પ્રારંભિક બેક્ટેરિયાના સંલગ્નતાને અટકાવીને (સપાટી પર પ્રોટીન સ્તરની રચના અટકાવવા સહિત) અથવા કોષ દિવાલમાં દખલ કરીને બેક્ટેરિયાને મારીને આ કરી શકે છે.
મૂળભૂત રીતે, સપાટી કોટિંગ એ સપાટીની લાક્ષણિકતાઓને સુધારવા માટે ઘટકની સપાટી પર બીજો સ્તર લાગુ કરવાની પ્રક્રિયા છે. સપાટી કોટિંગનો હેતુ ઘટકના નજીકના સપાટી ક્ષેત્રના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર અને/અથવા રચનાને બદલવાનો છે39. સપાટી કોટિંગ પદ્ધતિઓને વિવિધ પદ્ધતિઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે, જેનો સારાંશ આકૃતિ 2a માં આપવામાં આવ્યો છે. કોટિંગ બનાવવા માટે વપરાતી પદ્ધતિના આધારે કોટિંગને થર્મલ, રાસાયણિક, ભૌતિક અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.
(a) મુખ્ય સપાટી બનાવટ તકનીકો દર્શાવતો ઇનસેટ, અને (b) કોલ્ડ સ્પ્રે પદ્ધતિના પસંદ કરેલા ફાયદા અને ગેરફાયદા.
કોલ્ડ સ્પ્રે ટેકનોલોજી પરંપરાગત થર્મલ સ્પ્રે તકનીકો સાથે ઘણી સમાનતા ધરાવે છે. જો કે, કેટલાક મુખ્ય મૂળભૂત ગુણધર્મો પણ છે જે કોલ્ડ સ્પ્રે પ્રક્રિયા અને કોલ્ડ સ્પ્રે સામગ્રીને ખાસ કરીને અનન્ય બનાવે છે. કોલ્ડ સ્પ્રે ટેકનોલોજી હજુ પણ તેની શરૂઆતના તબક્કામાં છે, પરંતુ તેનું ભવિષ્ય ઉત્તમ છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં, કોલ્ડ સ્પ્રેના અનન્ય ગુણધર્મો પરંપરાગત થર્મલ સ્પ્રે તકનીકોની મર્યાદાઓને દૂર કરીને મહાન ફાયદાઓ પ્રદાન કરે છે. તે પરંપરાગત થર્મલ સ્પ્રે તકનીકની નોંધપાત્ર મર્યાદાઓને દૂર કરે છે, જેમાં પાવડરને સબસ્ટ્રેટ પર જમા કરવા માટે ઓગાળવો આવશ્યક છે. દેખીતી રીતે, આ પરંપરાગત કોટિંગ પ્રક્રિયા નેનોક્રિસ્ટલ્સ, નેનોપાર્ટિકલ્સ, આકારહીન અને ધાતુના ચશ્મા જેવી ખૂબ જ તાપમાન સંવેદનશીલ સામગ્રી માટે યોગ્ય નથી40, 41, 42. વધુમાં, થર્મલ સ્પ્રે કોટિંગ સામગ્રીમાં હંમેશા ઉચ્ચ સ્તરનું છિદ્રાળુતા અને ઓક્સાઇડ હોય છે. કોલ્ડ સ્પ્રે ટેકનોલોજીના થર્મલ સ્પ્રે તકનીક કરતાં ઘણા નોંધપાત્ર ફાયદા છે, જેમ કે (i) સબસ્ટ્રેટમાં ન્યૂનતમ ગરમી ઇનપુટ, (ii) સબસ્ટ્રેટ કોટિંગ પસંદ કરવામાં સુગમતા, (iii) કોઈ તબક્કા પરિવર્તન અને અનાજ વૃદ્ધિ, (iv) ઉચ્ચ એડહેસિવ શક્તિ1 .39 (આકૃતિ 2b). વધુમાં, કોલ્ડ સ્પ્રે કોટિંગ સામગ્રીમાં ઉચ્ચ કાટ પ્રતિકાર, ઉચ્ચ શક્તિ અને કઠિનતા, ઉચ્ચ વિદ્યુત વાહકતા અને ઉચ્ચ ઘનતા હોય છે41. કોલ્ડ સ્પ્રે પ્રક્રિયાના ફાયદા હોવા છતાં, આ પદ્ધતિમાં હજુ પણ કેટલીક ખામીઓ છે, જેમ કે આકૃતિ 2b માં બતાવ્યા પ્રમાણે. Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, વગેરે જેવા શુદ્ધ સિરામિક પાવડરને કોટિંગ કરતી વખતે, કોલ્ડ સ્પ્રે પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરી શકાતો નથી. બીજી બાજુ, કોટિંગ માટે કાચા માલ તરીકે સિરામિક/મેટલ કમ્પોઝિટ પાવડરનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. અન્ય થર્મલ સ્પ્રે પદ્ધતિઓ માટે પણ આ જ વાત છે. મુશ્કેલ સપાટીઓ અને પાઇપ આંતરિક ભાગો હજુ પણ સ્પ્રે કરવા મુશ્કેલ છે.
વર્તમાન કાર્ય કોટિંગ માટે પ્રારંભિક સામગ્રી તરીકે ધાતુના કાચના પાવડરના ઉપયોગ પર કેન્દ્રિત છે તે ધ્યાનમાં લેતા, તે સ્પષ્ટ છે કે આ હેતુ માટે પરંપરાગત થર્મલ સ્પ્રેઇંગનો ઉપયોગ કરી શકાતો નથી. આ એ હકીકતને કારણે છે કે ધાતુના કાચના પાવડર ઊંચા તાપમાને સ્ફટિકીકરણ કરે છે1.
તબીબી અને ખાદ્ય ઉદ્યોગોમાં વપરાતા મોટાભાગના સાધનો ઓસ્ટેનિટિક સ્ટેનલેસ સ્ટીલ એલોય (SUS316 અને SUS304) માંથી બનાવવામાં આવે છે જેમાં સર્જિકલ સાધનોના ઉત્પાદન માટે 12 થી 20 wt.% ક્રોમિયમ સામગ્રી હોય છે. સામાન્ય રીતે સ્વીકારવામાં આવે છે કે સ્ટીલ એલોયમાં એલોયિંગ તત્વ તરીકે ક્રોમિયમ ધાતુનો ઉપયોગ પ્રમાણભૂત સ્ટીલ એલોયના કાટ પ્રતિકારમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરી શકે છે. સ્ટેનલેસ સ્ટીલ એલોય, તેમના ઉચ્ચ કાટ પ્રતિકાર હોવા છતાં, નોંધપાત્ર એન્ટિમાઇક્રોબાયલ ગુણધર્મો ધરાવતા નથી38,39. આ તેમના ઉચ્ચ કાટ પ્રતિકાર સાથે વિરોધાભાસી છે. તે પછી, ચેપ અને બળતરાના વિકાસની આગાહી કરવી શક્ય છે, જે મુખ્યત્વે સ્ટેનલેસ સ્ટીલ બાયોમટીરિયલ્સની સપાટી પર બેક્ટેરિયલ સંલગ્નતા અને વસાહતીકરણને કારણે થાય છે. બેક્ટેરિયલ સંલગ્નતા અને બાયોફિલ્મ રચના માર્ગો સાથે સંકળાયેલ નોંધપાત્ર મુશ્કેલીઓને કારણે નોંધપાત્ર મુશ્કેલીઓ ઊભી થઈ શકે છે, જે ખરાબ સ્વાસ્થ્ય તરફ દોરી શકે છે, જેના ઘણા પરિણામો આવી શકે છે જે સીધી કે આડકતરી રીતે માનવ સ્વાસ્થ્યને અસર કરી શકે છે.
આ અભ્યાસ કુવૈત ફાઉન્ડેશન ફોર ધ એડવાન્સમેન્ટ ઓફ સાયન્સ (KFAS), કરાર નં. 2010-550401 દ્વારા ભંડોળ પૂરું પાડવામાં આવેલ પ્રોજેક્ટનો પ્રથમ તબક્કો છે, જેનો હેતુ MA ટેકનોલોજી (કોષ્ટક) નો ઉપયોગ કરીને ધાતુના કાચ જેવા Cu-Zr-Ni ટર્નરી પાવડર બનાવવાની શક્યતા તપાસવાનો છે. 1) SUS304 એન્ટીબેક્ટેરિયલ સપાટી સુરક્ષા ફિલ્મ/કોટિંગના ઉત્પાદન માટે. પ્રોજેક્ટનો બીજો તબક્કો, જે જાન્યુઆરી 2023 માં શરૂ થવાનો છે, તેમાં ગેલ્વેનિક કાટ લાક્ષણિકતાઓ અને સિસ્ટમના યાંત્રિક ગુણધર્મોનો વિગતવાર અભ્યાસ કરવામાં આવશે. વિવિધ પ્રકારના બેક્ટેરિયા માટે વિગતવાર માઇક્રોબાયોલોજીકલ પરીક્ષણો હાથ ધરવામાં આવશે.
આ લેખમાં મોર્ફોલોજિકલ અને માળખાકીય લાક્ષણિકતાઓના આધારે કાચ બનાવવાની ક્ષમતા (GFA) પર Zr એલોય સામગ્રીની અસરની ચર્ચા કરવામાં આવી છે. વધુમાં, પાવડર કોટેડ મેટલ ગ્લાસ/SUS304 કમ્પોઝિટના એન્ટીબેક્ટેરિયલ ગુણધર્મોની પણ ચર્ચા કરવામાં આવી હતી. વધુમાં, ફેબ્રિકેટ્ડ મેટાલિક ગ્લાસ સિસ્ટમ્સના સુપરકૂલ્ડ લિક્વિડ ક્ષેત્રમાં ઠંડા છંટકાવ દરમિયાન થતા મેટાલિક ગ્લાસ પાવડરના માળખાકીય પરિવર્તનની શક્યતાની તપાસ કરવા માટે ચાલુ કાર્ય હાથ ધરવામાં આવ્યું છે. આ અભ્યાસમાં પ્રતિનિધિ ઉદાહરણો તરીકે Cu50Zr30Ni20 અને Cu50Zr20Ni30 મેટાલિક ગ્લાસ એલોયનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
આ વિભાગ ઓછી ઉર્જાવાળા બોલ મિલિંગ દરમિયાન એલિમેન્ટલ Cu, Zr અને Ni ના પાવડરમાં થતા મોર્ફોલોજિકલ ફેરફારો રજૂ કરે છે. Cu50Zr20Ni30 અને Cu50Zr40Ni10 ધરાવતી બે અલગ અલગ સિસ્ટમોનો ઉપયોગ ઉદાહરણ તરીકે કરવામાં આવશે. MA પ્રક્રિયાને ત્રણ અલગ અલગ તબક્કામાં વિભાજિત કરી શકાય છે, જે ગ્રાઇન્ડીંગ સ્ટેજમાં મેળવેલા પાવડરના મેટલોગ્રાફિક લાક્ષણિકતા દ્વારા પુરાવા મળે છે (આકૃતિ 3).
બોલ ગ્રાઇન્ડીંગના વિવિધ તબક્કાઓ પછી મેળવેલા યાંત્રિક એલોય (MA) ના પાવડરની મેટાલોગ્રાફિક લાક્ષણિકતાઓ. 3, 12 અને 50 કલાક માટે ઓછી ઉર્જાવાળા બોલ મિલિંગ પછી મેળવેલા MA અને Cu50Zr40Ni10 પાવડરની ફિલ્ડ એમિશન સ્કેનીંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (FE-SEM) છબીઓ Cu50Zr20Ni30 સિસ્ટમ માટે (a), (c) અને (e) માં બતાવવામાં આવી છે, જ્યારે તે જ MA પર. સમય પછી લેવામાં આવેલી Cu50Zr40Ni10 સિસ્ટમની અનુરૂપ છબીઓ (b), (d), અને (f) માં બતાવવામાં આવી છે.
બોલ મિલિંગ દરમિયાન, મેટલ પાવડરમાં ટ્રાન્સફર થઈ શકે તેવી અસરકારક ગતિ ઊર્જા આકૃતિ 1a માં બતાવ્યા પ્રમાણે પરિમાણોના સંયોજનથી પ્રભાવિત થાય છે. આમાં બોલ અને પાવડર વચ્ચે અથડામણ, ગ્રાઇન્ડીંગ મીડિયા વચ્ચે અથવા વચ્ચે અટવાયેલા પાવડરનું શીયર કમ્પ્રેશન, પડતા બોલથી થતી અસર, બોલ મિલના ગતિશીલ શરીર વચ્ચે પાવડર ડ્રેગને કારણે શીયર અને ઘસારો, અને લોડેડ કલ્ચર દ્વારા ફેલાતા પડતા બોલમાંથી પસાર થતી આઘાત તરંગનો સમાવેશ થાય છે (આકૃતિ 1a). Элементарные порошки Cu, Zr и Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на ранней стадии МА (3 ч), что привебокрубокурник частиц порошка (> 1 mm в диаметре). MA (3 h) ના પ્રારંભિક તબક્કામાં કોલ્ડ વેલ્ડીંગને કારણે એલિમેન્ટલ Cu, Zr અને Ni પાવડર ગંભીર રીતે વિકૃત થઈ ગયા હતા, જેના કારણે મોટા પાવડર કણો (> 1 મીમી વ્યાસ) ની રચના થઈ હતી.આ મોટા સંયુક્ત કણો આકૃતિ 3a,b માં બતાવ્યા પ્રમાણે, મિશ્ર તત્વોના જાડા સ્તરો (Cu, Zr, Ni) ની રચના દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. MA સમય 12 કલાક (મધ્યવર્તી તબક્કો) સુધી વધવાથી બોલ મિલની ગતિ ઊર્જામાં વધારો થયો, જેના કારણે સંયુક્ત પાવડર નાના પાવડર (200 μm કરતા ઓછા) માં વિઘટન થયો, જેમ કે આકૃતિ 3c, શહેરમાં બતાવ્યા પ્રમાણે. આ તબક્કે, લાગુ શીયર ફોર્સ પાતળા Cu, Zr, Ni સંકેત સ્તરો સાથે નવી ધાતુની સપાટીની રચના તરફ દોરી જાય છે, જેમ કે આકૃતિ 3c,d માં બતાવ્યા પ્રમાણે. ફ્લેક્સના ઇન્ટરફેસ પર સ્તરોને ગ્રાઇન્ડીંગના પરિણામે, નવા તબક્કાઓની રચના સાથે ઘન-તબક્કાની પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે.
MA પ્રક્રિયાના પરાકાષ્ઠા પર (50 કલાક પછી), ફ્લેક મેટલોગ્રાફી ભાગ્યે જ ધ્યાનપાત્ર હતી (આકૃતિ 3e, f), અને પાવડરની પોલિશ્ડ સપાટી પર મિરર મેટલોગ્રાફી જોવા મળી હતી. આનો અર્થ એ થયો કે MA પ્રક્રિયા પૂર્ણ થઈ ગઈ હતી અને એક જ પ્રતિક્રિયા તબક્કો બનાવવામાં આવ્યો હતો. આકૃતિ 3e (I, II, III), f, v, vi) માં દર્શાવેલ પ્રદેશોની મૂળભૂત રચના ઊર્જા વિખેરી નાખતી એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (EDS) સાથે સંયોજનમાં ફિલ્ડ એમિશન સ્કેનીંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (FE-SEM) નો ઉપયોગ કરીને નક્કી કરવામાં આવી હતી. (IV).
કોષ્ટક 2 માં, આકૃતિ 3e, f માં પસંદ કરેલા દરેક પ્રદેશના કુલ દળના ટકાવારી તરીકે મિશ્રિત તત્વોની મૂળભૂત સાંદ્રતા દર્શાવવામાં આવી છે. કોષ્ટક 1 માં આપેલ Cu50Zr20Ni30 અને Cu50Zr40Ni10 ની પ્રારંભિક નામાંકિત રચનાઓ સાથે આ પરિણામોની તુલના કરવાથી જાણવા મળે છે કે આ બે અંતિમ ઉત્પાદનોની રચનાઓ નામાંકિત રચનાઓની ખૂબ નજીક છે. વધુમાં, આકૃતિ 3e, f માં સૂચિબદ્ધ પ્રદેશો માટે ઘટકોના સંબંધિત મૂલ્યો દરેક નમૂનાની રચનામાં એક પ્રદેશથી બીજા પ્રદેશમાં નોંધપાત્ર બગાડ અથવા ભિન્નતા સૂચવતા નથી. આ હકીકત દ્વારા પુરાવા મળે છે કે એક પ્રદેશથી બીજા પ્રદેશમાં રચનામાં કોઈ ફેરફાર થતો નથી. આ કોષ્ટક 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે સમાન મિશ્રિત પાવડરનું ઉત્પાદન સૂચવે છે.
Cu50(Zr50-xNix) અંતિમ ઉત્પાદન પાવડરના FE-SEM માઇક્રોગ્રાફ્સ 50 MA વખત પછી મેળવવામાં આવ્યા હતા, જેમ કે આકૃતિ 4a-d માં બતાવ્યા પ્રમાણે, જ્યાં x અનુક્રમે 10, 20, 30 અને 40 at.% છે. આ ગ્રાઇન્ડીંગ સ્ટેપ પછી, પાવડર વાન ડેર વાલ્સ અસરને કારણે એકત્ર થાય છે, જે આકૃતિ 4 માં બતાવ્યા પ્રમાણે 73 થી 126 nm વ્યાસવાળા અતિ સૂક્ષ્મ કણો ધરાવતા મોટા એકત્રીકરણ તરફ દોરી જાય છે.
50-કલાક MA પછી મેળવેલા Cu50(Zr50-xNix) પાવડરની મોર્ફોલોજિકલ લાક્ષણિકતાઓ. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 સિસ્ટમો માટે, 50 MA પછી મેળવેલા પાવડરની FE-SEM છબીઓ અનુક્રમે (a), (b), (c), અને (d) માં બતાવવામાં આવી છે.
કોલ્ડ સ્પ્રે ફીડરમાં પાવડર લોડ કરતા પહેલા, તેમને પહેલા વિશ્લેષણાત્મક ગ્રેડ ઇથેનોલમાં 15 મિનિટ માટે સોનિકેટેડ કરવામાં આવ્યા હતા અને પછી 150° સે. પર 2 કલાક માટે સૂકવવામાં આવ્યા હતા. કોટિંગ પ્રક્રિયામાં ઘણી ગંભીર સમસ્યાઓનું કારણ બને છે તે એગ્લોમરેશનનો સફળતાપૂર્વક સામનો કરવા માટે આ પગલું ભરવું આવશ્યક છે. MA પ્રક્રિયા પૂર્ણ થયા પછી, એલોય પાવડરની એકરૂપતાની તપાસ કરવા માટે વધુ અભ્યાસ હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા. આકૃતિ 5a–d માં, અનુક્રમે 50 કલાક સમય M પછી લેવામાં આવેલા Cu50Zr30Ni20 એલોયના Cu, Zr અને Ni એલોયિંગ તત્વોના FE-SEM માઇક્રોગ્રાફ્સ અને અનુરૂપ EDS છબીઓ બતાવવામાં આવી છે. એ નોંધવું જોઈએ કે આ પગલા પછી મેળવેલા એલોય પાવડર એકરૂપ છે, કારણ કે તેઓ આકૃતિ 5 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, સબ-નેનોમીટર સ્તરથી આગળ કોઈપણ રચના વધઘટ દર્શાવતા નથી.
50 MA પછી FE-SEM/એનર્જી ડિસ્પર્સિવ એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (EDS) દ્વારા મેળવેલ MG Cu50Zr30Ni20 પાવડરમાં તત્વોનું મોર્ફોલોજી અને સ્થાનિક વિતરણ. (a) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, અને (d) Ni-Kα નું SEM અને એક્સ-રે EDS ઇમેજિંગ.
50-કલાક MA પછી મેળવેલા યાંત્રિક રીતે મિશ્રિત Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 અને Cu50Zr20Ni30 પાવડરના એક્સ-રે વિવર્તન પેટર્ન અનુક્રમે આકૃતિઓ 6a-d માં બતાવવામાં આવ્યા છે. આ ગ્રાઇન્ડીંગ સ્ટેજ પછી, વિવિધ Zr સાંદ્રતાવાળા બધા નમૂનાઓમાં આકૃતિ 6 માં દર્શાવેલ લાક્ષણિક પ્રભામંડળ પ્રસરણ પેટર્ન સાથે આકારહીન રચનાઓ હતી.
MA પછી 50 કલાક માટે Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), અને Cu50Zr20Ni30 (d) પાવડરના એક્સ-રે વિવર્તન પેટર્ન. અપવાદ વિના, બધા નમૂનાઓમાં પ્રભામંડળ-પ્રસરણ પેટર્ન જોવા મળી હતી, જે આકારહીન તબક્કાની રચના સૂચવે છે.
વિવિધ MA સમયે બોલ મિલિંગથી થતા પાઉડરના માળખાકીય ફેરફારોનું અવલોકન કરવા અને સ્થાનિક માળખાને સમજવા માટે હાઇ રિઝોલ્યુશન ફિલ્ડ એમિશન ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (FE-HRTEM) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. Cu50Zr30Ni20 અને Cu50Zr40Ni10 પાઉડરને ગ્રાઇન્ડ કરવાના પ્રારંભિક (6 કલાક) અને મધ્યવર્તી (18 કલાક) તબક્કા પછી FE-HRTEM પદ્ધતિ દ્વારા મેળવેલા પાઉડરની છબીઓ અનુક્રમે આકૃતિ 7a માં બતાવવામાં આવી છે. MA ના 6 કલાક પછી મેળવેલા પાઉડરની તેજસ્વી-ક્ષેત્ર છબી (BFI) અનુસાર, પાવડરમાં fcc-Cu, hcp-Zr, અને fcc-Ni તત્વોની સ્પષ્ટ રીતે વ્યાખ્યાયિત સીમાઓ સાથે મોટા અનાજ હોય ​​છે, અને આકૃતિ 7a માં બતાવ્યા પ્રમાણે પ્રતિક્રિયા તબક્કાની રચનાના કોઈ સંકેતો નથી. વધુમાં, મધ્ય પ્રદેશ (a) માંથી લેવામાં આવેલ સહસંબંધિત પસંદ કરેલ ક્ષેત્ર વિવર્તન પેટર્ન (SADP) એ એક તીવ્ર વિવર્તન પેટર્ન (આકૃતિ 7b) જાહેર કરી જે મોટા સ્ફટિકોની હાજરી અને પ્રતિક્રિયાશીલ તબક્કાની ગેરહાજરી દર્શાવે છે.
પ્રારંભિક (6 કલાક) અને મધ્યવર્તી (18 કલાક) તબક્કા પછી મેળવેલા MA પાવડરની સ્થાનિક માળખાકીય લાક્ષણિકતાઓ. (a) ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન ફીલ્ડ એમિશન ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (FE-HRTEM) અને (b) 6 કલાક માટે MA સારવાર પછી Cu50Zr30Ni20 પાવડરનો અનુરૂપ પસંદ કરેલ વિસ્તાર ડિફ્રેક્ટોગ્રામ (SADP). 18-કલાક MA પછી મેળવેલા Cu50Zr40Ni10 ની FE-HRTEM છબી (c) માં બતાવવામાં આવી છે.
આકૃતિ 7c માં બતાવ્યા પ્રમાણે, MA ની અવધિમાં 18 કલાકનો વધારો થવાથી પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ સાથે ગંભીર જાળી ખામીઓ થઈ. MA પ્રક્રિયાના આ મધ્યવર્તી તબક્કામાં, પાવડરમાં વિવિધ ખામીઓ દેખાય છે, જેમાં સ્ટેકીંગ ખામીઓ, જાળી ખામીઓ અને બિંદુ ખામીઓ (આકૃતિ 7)નો સમાવેશ થાય છે. આ ખામીઓ અનાજની સીમાઓ સાથે મોટા અનાજના વિભાજનનું કારણ બને છે જે 20 nm કરતા નાના કદના સબગ્રેનમાં ફેરવાય છે (આકૃતિ 7c).
36 કલાક MA માટે મિલ્ડ કરાયેલા Cu50Z30Ni20 પાવડરની સ્થાનિક રચના, આકારહીન પાતળા મેટ્રિક્સમાં જડિત અલ્ટ્રાફાઇન નેનોગ્રેન્સની રચના દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, જેમ કે આકૃતિ 8a માં બતાવ્યા પ્રમાણે. EMF ના સ્થાનિક વિશ્લેષણમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે આકૃતિ 8a માં બતાવેલ નેનોક્લસ્ટર્સ સારવાર ન કરાયેલ Cu, Zr અને Ni પાવડર એલોય સાથે સંકળાયેલા છે. મેટ્રિક્સમાં Cu ની સામગ્રી ~32 at.% (ગરીબ ઝોન) થી ~74 at.% (સમૃદ્ધ ઝોન) સુધી બદલાય છે, જે વિજાતીય ઉત્પાદનોની રચના સૂચવે છે. વધુમાં, આ પગલામાં મિલિંગ કર્યા પછી મેળવેલા પાવડરના અનુરૂપ SADPs પ્રાથમિક અને ગૌણ પ્રભામંડળ-પ્રસરણ આકારહીન તબક્કાના રિંગ્સ દર્શાવે છે જે આ સારવાર ન કરાયેલ એલોયિંગ તત્વો સાથે સંકળાયેલા તીક્ષ્ણ બિંદુઓ સાથે ઓવરલેપ થાય છે, જેમ કે આકૃતિ 8b માં બતાવ્યા પ્રમાણે.
બિયોન્ડ 36 h-Cu50Zr30Ni20 પાવડરની નેનોસ્કેલ સ્થાનિક માળખાકીય સુવિધાઓ. (a) તેજસ્વી ક્ષેત્ર છબી (BFI) અને અનુરૂપ (b) 36 h MA માટે મિલિંગ પછી મેળવેલ Cu50Zr30Ni20 પાવડરનો SADP.
MA પ્રક્રિયાના અંત તરફ (50 h), Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30, અને 40 at.% પાવડર, અપવાદ વિના, આકારહીન તબક્કાનું ભુલભુલામણી આકારવિજ્ઞાન ધરાવે છે, જેમ કે આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે. દરેક રચનાના અનુરૂપ SADS માં ન તો બિંદુ વિવર્તન કે તીક્ષ્ણ વલયાકાર પેટર્ન શોધી શકાયા. આ સારવાર ન કરાયેલ સ્ફટિકીય ધાતુની ગેરહાજરી દર્શાવે છે, પરંતુ આકારહીન એલોય પાવડરની રચના દર્શાવે છે. આ સહસંબંધિત SADPs જે પ્રભામંડળ પ્રસરણ પેટર્ન દર્શાવે છે તેનો ઉપયોગ અંતિમ ઉત્પાદન સામગ્રીમાં આકારહીન તબક્કાઓના વિકાસ માટે પુરાવા તરીકે પણ કરવામાં આવ્યો હતો.
Cu50 MS સિસ્ટમ (Zr50-xNix) ના અંતિમ ઉત્પાદનનું સ્થાનિક માળખું. (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, અને (d) Cu50Zr10Ni40 ના FE-HRTEM અને સહસંબંધિત નેનોબીમ વિવર્તન પેટર્ન (NBDP) 50 કલાક MA પછી મેળવેલ.
ડિફરન્શિયલ સ્કેનીંગ કેલરીમેટ્રીનો ઉપયોગ કરીને, He ગેસ પ્રવાહમાં Cu50(Zr50-xNix) આકારહીન પ્રણાલીમાં Ni (x) ની સામગ્રીના આધારે કાચ સંક્રમણ તાપમાન (Tg), સુપરકૂલ્ડ પ્રવાહી ક્ષેત્ર (ΔTx) અને સ્ફટિકીકરણ તાપમાન (Tx) ની થર્મલ સ્થિરતાનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો. (DSC) ગુણધર્મો MA પછી 50 કલાક માટે મેળવેલા Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, અને Cu50Zr10Ni40 આકારહીન એલોયના પાવડરના DSC વણાંકો અનુક્રમે આકૃતિ 10a, b, e માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. જ્યારે આકારહીન Cu50Zr20Ni30 નો DSC વણાંકો આકૃતિ 10મી સદીમાં અલગથી દર્શાવવામાં આવ્યો છે. દરમિયાન, DSC માં ~700°C સુધી ગરમ કરાયેલ Cu50Zr30Ni20 નમૂના આકૃતિ 10g માં દર્શાવવામાં આવ્યો છે.
50 કલાક માટે MA પછી મેળવેલા Cu50(Zr50-xNix) MG પાવડરની થર્મલ સ્થિરતા કાચ સંક્રમણ તાપમાન (Tg), સ્ફટિકીકરણ તાપમાન (Tx) અને સુપરકૂલ્ડ પ્રવાહી ક્ષેત્ર (ΔTx) દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. 50 કલાક માટે MA પછી Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), અને (e) Cu50Zr10Ni40 MG એલોય પાવડરના ડિફરન્શિયલ સ્કેનીંગ કેલરીમીટર (DSC) પાવડરના થર્મોગ્રામ. DSC માં ~700°C સુધી ગરમ કરાયેલ Cu50Zr30Ni20 નમૂનાનો એક્સ-રે ડિફ્રેક્શન પેટર્ન (XRD) (d) માં બતાવવામાં આવ્યો છે.
આકૃતિ 10 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, વિવિધ નિકલ સાંદ્રતા (x) ધરાવતા બધા સંયોજનો માટે DSC વણાંકો બે અલગ અલગ કિસ્સાઓ દર્શાવે છે, એક એન્ડોથર્મિક અને બીજો એક્ઝોથર્મિક. પ્રથમ એન્ડોથર્મિક ઘટના Tg ને અનુરૂપ છે, અને બીજી Tx સાથે સંકળાયેલી છે. Tg અને Tx વચ્ચે અસ્તિત્વમાં રહેલા આડા સ્પાન વિસ્તારને સબકૂલ્ડ લિક્વિડ એરિયા (ΔTx = Tx – Tg) કહેવામાં આવે છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે 526°C અને 612°C પર મૂકવામાં આવેલા Cu50Zr40Ni10 નમૂના (આકૃતિ 10a) ના Tg અને Tx, % પર સામગ્રી (x) ને 20 સુધી 482°C અને 563°C ની નીચી તાપમાન બાજુ તરફ ખસેડે છે. °C, અનુક્રમે, વધતી Ni સામગ્રી (x) સાથે, આકૃતિ 10b માં બતાવ્યા પ્રમાણે. પરિણામે, Cu50Zr30Ni20 (આકૃતિ 10b) માટે ΔTx Cu50Zr40Ni10 86°С (આકૃતિ 10a) થી ઘટીને 81°С થાય છે. MC Cu50Zr40Ni10 એલોય માટે, Tg, Tx અને ΔTx ના મૂલ્યોમાં 447°С, 526°С અને 79°С ના સ્તર સુધીનો ઘટાડો પણ જોવા મળ્યો (આકૃતિ 10b). આ સૂચવે છે કે Ni સામગ્રીમાં વધારો MS એલોયની થર્મલ સ્થિરતામાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે. તેનાથી વિપરીત, MC Cu50Zr20Ni30 એલોયનું Tg (507 °C) નું મૂલ્ય MC Cu50Zr40Ni10 એલોય કરતા ઓછું છે; તેમ છતાં, તેનું Tx તેની તુલનાત્મક મૂલ્ય (612 °C) દર્શાવે છે. તેથી, આકૃતિ 10મી સદીમાં બતાવ્યા પ્રમાણે ΔTx નું મૂલ્ય (87°C) વધારે છે.
Cu50(Zr50-xNix) MC સિસ્ટમ, ઉદાહરણ તરીકે Cu50Zr20Ni30 MC એલોયનો ઉપયોગ કરીને, તીવ્ર એક્ઝોથર્મિક શિખર દ્વારા fcc-ZrCu5, ઓર્થોરોમ્બિક-Zr7Cu10, અને ઓર્થોરોમ્બિક-ZrNi સ્ફટિકીય તબક્કાઓ (આકૃતિ 10c) માં સ્ફટિકીકરણ કરે છે. આકારહીનથી સ્ફટિકીયમાં આ તબક્કાના સંક્રમણની પુષ્ટિ MG નમૂના (આકૃતિ 10d) ના એક્સ-રે વિવર્તન વિશ્લેષણ દ્વારા કરવામાં આવી હતી, જેને DSC માં 700 °C સુધી ગરમ કરવામાં આવ્યું હતું.
આકૃતિ ૧૧ માં, વર્તમાન કાર્યમાં હાથ ધરવામાં આવેલા ઠંડા સ્પ્રે પ્રક્રિયા દરમિયાન લેવામાં આવેલા ફોટોગ્રાફ્સ બતાવવામાં આવ્યા છે. આ અભ્યાસમાં, 50 કલાક માટે MA પછી સંશ્લેષિત ધાતુના ગ્લાસી પાવડર કણોનો ઉપયોગ એન્ટીબેક્ટેરિયલ કાચા માલ તરીકે કરવામાં આવ્યો હતો (ઉદાહરણ તરીકે Cu50Zr20Ni30 નો ઉપયોગ કરીને) અને સ્ટેનલેસ સ્ટીલ પ્લેટ (SUS304) ને ઠંડા સ્પ્રે કોટેડ કરવામાં આવી હતી. થર્મલ સ્પ્રે ટેકનોલોજી શ્રેણીમાં કોટિંગ માટે ઠંડા સ્પ્રે પદ્ધતિ પસંદ કરવામાં આવી હતી કારણ કે તે થર્મલ સ્પ્રે ટેકનોલોજી શ્રેણીમાં સૌથી કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ છે જ્યાં તેનો ઉપયોગ ધાતુના મેટાસ્ટેબલ ગરમી સંવેદનશીલ સામગ્રી જેમ કે આકારહીન અને નેનોક્રિસ્ટલાઇન પાવડર માટે થઈ શકે છે. તબક્કા સંક્રમણોને આધીન નથી. આ પદ્ધતિ પસંદ કરવામાં આ મુખ્ય પરિબળ છે. ઠંડા ડિપોઝિશન પ્રક્રિયા ઉચ્ચ-વેગ કણોનો ઉપયોગ કરીને હાથ ધરવામાં આવે છે જે કણોની ગતિ ઊર્જાને સબસ્ટ્રેટ અથવા અગાઉ જમા થયેલા કણો સાથે અથડાવા પર પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ, વિકૃતિ અને ગરમીમાં રૂપાંતરિત કરે છે.
ક્ષેત્રના ફોટોગ્રાફ્સ 550°C પર MG/SUS 304 ની પાંચ ક્રમિક તૈયારીઓ માટે ઉપયોગમાં લેવાતી ઠંડા સ્પ્રે પ્રક્રિયા દર્શાવે છે.
કણોની ગતિ ઊર્જા, તેમજ કોટિંગની રચના દરમિયાન દરેક કણની ગતિ, પ્લાસ્ટિક વિકૃતિ (મેટ્રિક્સમાં પ્રાથમિક કણો અને આંતરકણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અને કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ), ઘન પદાર્થોના આંતરકણ ગાંઠો, કણો વચ્ચે પરિભ્રમણ, વિકૃતિ અને મર્યાદિત ગરમી 39 જેવી પદ્ધતિઓ દ્વારા ઊર્જાના અન્ય સ્વરૂપોમાં રૂપાંતરિત થવી જોઈએ. વધુમાં, જો આવનારી બધી ગતિ ઊર્જા થર્મલ ઊર્જા અને વિકૃતિ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત ન થાય, તો પરિણામ સ્થિતિસ્થાપક અથડામણ હશે, જેનો અર્થ એ છે કે કણો ફક્ત અસર પછી ઉછળી જાય છે. એવું નોંધવામાં આવ્યું છે કે કણ/સબસ્ટ્રેટ સામગ્રી પર લાગુ થતી અસર ઊર્જાનો 90% સ્થાનિક ગરમી 40 માં રૂપાંતરિત થાય છે. વધુમાં, જ્યારે અસર તાણ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે કણ/સબસ્ટ્રેટ સંપર્ક ક્ષેત્રમાં ખૂબ જ ટૂંકા સમયમાં ઉચ્ચ પ્લાસ્ટિક તાણ દર પ્રાપ્ત થાય છે41,42.
પ્લાસ્ટિક વિકૃતિને સામાન્ય રીતે ઉર્જા વિસર્જનની પ્રક્રિયા તરીકે ગણવામાં આવે છે, અથવા તેના બદલે, ઇન્ટરફેસિયલ પ્રદેશમાં ગરમીના સ્ત્રોત તરીકે. જો કે, ઇન્ટરફેસિયલ પ્રદેશમાં તાપમાનમાં વધારો સામાન્ય રીતે ઇન્ટરફેસિયલ ગલન અથવા અણુઓના પરસ્પર પ્રસારના નોંધપાત્ર ઉત્તેજનાની ઘટના માટે પૂરતો નથી. લેખકોને જાણીતા કોઈપણ પ્રકાશનમાં કોલ્ડ સ્પ્રે તકનીકોનો ઉપયોગ કરતી વખતે પાવડર સંલગ્નતા અને સ્થિરતા પર આ ધાતુના કાચના પાવડરના ગુણધર્મોની અસરની તપાસ કરવામાં આવી નથી.
MG Cu50Zr20Ni30 એલોય પાવડરનો BFI આકૃતિ 12a માં જોઈ શકાય છે, જે SUS 304 સબસ્ટ્રેટ (આકૃતિ 11, 12b) પર જમા કરવામાં આવ્યો હતો. આકૃતિ પરથી જોઈ શકાય છે તેમ, કોટેડ પાવડર તેમની મૂળ આકારહીન રચના જાળવી રાખે છે કારણ કે તેમની પાસે કોઈપણ સ્ફટિકીય લક્ષણો અથવા જાળી ખામીઓ વિના નાજુક ભુલભુલામણી રચના છે. બીજી બાજુ, છબી વિદેશી તબક્કાની હાજરી સૂચવે છે, જેમ કે MG-કોટેડ પાવડર મેટ્રિક્સ (આકૃતિ 12a) માં સમાવિષ્ટ નેનોપાર્ટિકલ્સ દ્વારા પુરાવા મળે છે. આકૃતિ 12c પ્રદેશ I (આકૃતિ 12a) સાથે સંકળાયેલ અનુક્રમિત નેનોબીમ વિવર્તન પેટર્ન (NBDP) દર્શાવે છે. આકૃતિ 12c માં બતાવ્યા પ્રમાણે, NBDP આકારહીન રચનાનો નબળો પ્રભામંડળ-પ્રસાર પેટર્ન દર્શાવે છે અને સ્ફટિકીય મોટા ઘન મેટાસ્ટેબલ Zr2Ni તબક્કા વત્તા ટેટ્રાગોનલ CuO તબક્કાને અનુરૂપ તીક્ષ્ણ ફોલ્લીઓ સાથે સહઅસ્તિત્વ ધરાવે છે. સુપરસોનિક પ્રવાહમાં ખુલ્લી હવામાં સ્પ્રે ગનના નોઝલથી SUS 304 તરફ ખસેડતી વખતે પાવડરના ઓક્સિડેશન દ્વારા CuO ની રચના સમજાવી શકાય છે. બીજી બાજુ, ધાતુના કાચ જેવા પાવડરના વિચલનથી 30 મિનિટ માટે 550°C પર ઠંડા સ્પ્રે ટ્રીટમેન્ટ પછી મોટા ઘન તબક્કાઓની રચના થઈ.
(a) (b) SUS 304 સબસ્ટ્રેટ (આકૃતિ ઇનસેટ) પર જમા થયેલ MG પાવડરની FE-HRTEM છબી. (a) માં બતાવેલ ગોળાકાર પ્રતીકનો NBDP ઇન્ડેક્સ (c) માં બતાવેલ છે.
મોટા ઘન Zr2Ni નેનોપાર્ટિકલ્સ બનાવવા માટે આ સંભવિત પદ્ધતિનું પરીક્ષણ કરવા માટે, એક સ્વતંત્ર પ્રયોગ હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો. આ પ્રયોગમાં, SUS 304 સબસ્ટ્રેટની દિશામાં 550°C તાપમાને એટોમાઇઝરમાંથી પાવડર છાંટવામાં આવ્યા હતા; જોકે, એનિલિંગ અસર નક્કી કરવા માટે, પાવડરને SUS304 સ્ટ્રીપમાંથી શક્ય તેટલી ઝડપથી દૂર કરવામાં આવ્યા હતા (લગભગ 60 સેકન્ડ). પ્રયોગોની બીજી શ્રેણી હાથ ધરવામાં આવી હતી જેમાં પાવડરને એપ્લિકેશન પછી લગભગ 180 સેકન્ડ પછી સબસ્ટ્રેટમાંથી દૂર કરવામાં આવ્યો હતો.
આકૃતિઓ ૧૩a,b માં SUS 304 સબસ્ટ્રેટ પર અનુક્રમે ૬૦ સેકન્ડ અને ૧૮૦ સેકન્ડ માટે જમા કરાયેલા બે સ્પુટર્ડ મટિરિયલ્સની સ્કેનિંગ ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (STEM) ડાર્ક ફીલ્ડ (DFI) છબીઓ બતાવવામાં આવી છે. ૬૦ સેકન્ડ માટે જમા કરાયેલા પાવડર ઇમેજમાં મોર્ફોલોજિકલ વિગતોનો અભાવ છે, જે લક્ષણહીનતા દર્શાવે છે (આકૃતિ ૧૩a). XRD દ્વારા પણ આની પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી, જે દર્શાવે છે કે આ પાવડરનું એકંદર માળખું આકારહીન હતું, જેમ કે આકૃતિ ૧૪a માં દર્શાવેલ વ્યાપક પ્રાથમિક અને ગૌણ વિવર્તન શિખરો દ્વારા સૂચવવામાં આવ્યું છે. આ મેટાસ્ટેબલ/મેસોફેસ અવક્ષેપની ગેરહાજરી દર્શાવે છે, જેમાં પાવડર તેની મૂળ આકારહીન રચના જાળવી રાખે છે. તેનાથી વિપરીત, સમાન તાપમાન (૫૫૦°C) પર જમા કરાયેલા પરંતુ ૧૮૦ સેકન્ડ માટે સબસ્ટ્રેટ પર છોડી દેવામાં આવેલા પાવડરમાં નેનોસાઇઝ્ડ અનાજનો જમાવટ જોવા મળ્યો, જેમ કે આકૃતિ ૧૩b માં તીરો દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું છે.