Spas ji bo serdana Nature.com. Guhertoya geroka ku hûn bikar tînin piştgiriya CSS-ê bi sînor e. Ji bo ezmûna çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn gerokek nûvekirî bikar bînin (an jî Moda Lihevhatinê di Internet Explorer-ê de neçalak bikin). Di vê navberê de, ji bo ku piştgiriya domdar misoger bikin, em ê malperê bêyî şêwaz û JavaScript-ê nîşan bidin.
Biofîlm di pêşveçûna enfeksiyonên kronîk de pêkhateyek girîng in, nemaze dema ku dor tê ser amûrên bijîşkî. Ev pirsgirêk ji bo civaka bijîşkî dibe sedema dijwariyek mezin, ji ber ku antîbiyotîkên standard tenê dikarin biofîlman bi rêjeyek pir sînorkirî hilweşînin. Pêşîlêgirtina çêbûna biofîlmê bûye sedema pêşxistina rêbazên cûrbecûr ên pêçandinê û materyalên nû. Armanca van teknîkan ew e ku rûyan bi awayekî ku pêşî li çêbûna biofîlmê digire bipêçin. Alavên metalên cam, nemaze yên ku metalên sifir û tîtanyûmê dihewînin, bûne pêçandinên antîmîkrobî yên îdeal. Di heman demê de, karanîna teknolojiya spreya sar zêde bûye ji ber ku ew rêbazek guncan e ji bo hilberandina materyalên hesas ên germahiyê. Beşek ji armanca vê lêkolînê ew bû ku cama metalîk a fîlmek antîbakteriyal a nû ku ji sêalî Cu-Zr-Ni pêk tê bi karanîna teknîkên alokirina mekanîkî were pêşve xistin. Toza sferîk a ku berhema dawîn pêk tîne wekî madeya xav ji bo spreya sar a rûberên pola zengarnegir di germahiyên nizm de tê bikar anîn. Bingehên pêçayî yên cama metalî karîn çêbûna biofîlmê bi kêmî ve 1 log li gorî pola zengarnegir bi girîngî kêm bikin.
Di dîroka mirovahiyê de, her civak kariye danasîna materyalên nû pêş bixe û pêşve bibe da ku hewcedariyên xwe yên taybetî bicîh bîne, ku di encamê de hilberîn û rêza di aboriyek gerdûnî de zêde bûye1. Ev her gav bi şiyana mirovan a sêwirandina materyal û alavên çêkirinê, û her weha sêwirandina çêkirin û taybetmendiya materyalan ji bo bidestxistina tenduristî, perwerde, pîşesazî, aborî, çand û warên din ji welatek an herêmek bo welatek din ve hatîye girêdan. Pêşketin bêyî ku welat an herêm çi be tê pîvandin2. 60 sal in, zanyarên materyalan gelek dem ji bo karekî sereke veqetandine: lêgerîna materyalên nû û pêşkeftî. Lêkolînên dawî li ser baştirkirina kalîte û performansa materyalên heyî, û her weha sentezkirin û dahênana celebên materyalên bi tevahî nû hûr bûne.
Zêdekirina hêmanên alloykirinê, guhertina mîkroavahîya materyalê û sepandina rêbazên dermankirina germî, mekanîkî an termomekanîkî bûye sedema başbûnek girîng di taybetmendiyên mekanîkî, kîmyewî û fîzîkî yên cûrbecûr materyalan de. Wekî din, pêkhateyên ku heta niha nenas bûn bi serkeftî hatine sentezkirin. Van hewildanên berdewam bûne sedema malbatek nû ya materyalên nûjen ku bi hev re wekî Materyalên Pêşketî têne zanîn2. Nanokrîstalên, nanopartikul, nanolûleyên, xalên kûantûmê, cama metalîk a sifir-alî, amorf, û alloyên entropiya bilind tenê çend mînakên materyalên pêşkeftî ne ku ji nîvê sedsala borî vir ve li cîhanê derketine. Di çêkirin û pêşvebirina alloyên nû yên bi taybetmendiyên başkirî de, hem di hilbera dawîn de û hem jî di qonaxên navîn ên hilberîna wê de, pirsgirêka nehevsengiyê pir caran tê zêdekirin. Wekî encamek danasîna teknîkên çêkirinê yên nû ku rê didin dûrketinên girîng ji hevsengiyê, çînek bi tevahî nû ya alloyên metastabîl, ku wekî cama metalîk têne zanîn, hatiye keşif kirin.
Xebata wî ya li Caltech di sala 1960an de şoreşek di têgeha hevbendiyên metalî de çêkir dema ku wî hevbendiyên cam ên Au-25 at.% Si bi lez û bez hişkkirina şilavan bi nêzîkî milyonek pileyan di saniyeyê de sentez kir. 4 Vedîtina Profesor Paul Duves ne tenê destpêka dîroka cama metalî (MS) nîşan da, lê di heman demê de bû sedema guherînek paradîgmayê di awayê ku mirov li ser hevbendiyên metalî difikirin. Ji lêkolîna pêşeng a yekem ve di senteza hevbendiyên MS de, hema hema hemî cama metalî bi karanîna yek ji rêbazên jêrîn bi tevahî hatine bidestxistin: (i) hişkbûna bilez a helandî an buharê, (ii) bêserûberiya tora atomî, (iii) reaksiyonên amorfîzasyona rewşa hişk di navbera hêmanên metalî yên paqij û (iv) veguherînên qonaxa hişk ên qonaxên metastabîl.
MG bi nebûna rêza atomî ya dûr-dirêj a ku bi krîstalan ve girêdayî ye, têne cûdakirin, ku ev taybetmendiyek diyarker a krîstalan e. Di cîhana nûjen de, di warê cama metalîk de pêşkeftinek mezin çêbûye. Ev materyalên nû ne ku xwedî taybetmendiyên balkêş in ku ne tenê ji bo fîzîka rewşa hişk, lê di heman demê de ji bo metalurjî, kîmyaya rûberê, teknolojiyê, biyolojiyê û gelek warên din jî balkêş in. Ev celebê nû yê materyalê xwedî taybetmendiyên ku ji metalên hişk cuda ne, ku wê dike namzetek balkêş ji bo sepanên teknolojîk di warên cûrbecûr de. Ew xwedî hin taybetmendiyên girîng in: (i) nermbûna mekanîkî ya bilind û hêza berdestbûnê, (ii) permeabilîteya magnetîkî ya bilind, (iii) koersîvîtasyona nizm, (iv) berxwedana korozyonê ya neasayî, (v) serxwebûna germahiyê. Konduktîvîtî 6.7.
Hevbendkirina mekanîkî (MA)1,8 rêbazek nisbeten nû ye, ku cara yekem di sala 19839an de ji hêla Prof. KK Kok û hevkarên wî ve hate destnîşan kirin. Wan tozên amorf ên Ni60Nb40 bi hûrkirina tevliheviyek ji hêmanên paqij di germahiya hawîrdorê de pir nêzîkî germahiya odeyê hilberandin. Bi gelemperî, reaksiyona MA di navbera girêdana belavbûnê ya tozên reaktant di reaktorek de, ku bi gelemperî ji pola zengarnegir tê çêkirin, di nav aşê gogê de tê kirin. 10 (Wêne 1a, b). Ji hingê ve, ev rêbaza reaksiyona rewşa hişk a bi mekanîkî ve hatî çêkirin ji bo amadekirina tozên alloy cama amorf/metalîk ên nû bi karanîna aşên gogê yên enerjiya nizm (Wêne 1c) û bilind û aşên çîp11,12,13,14,15,16 hatiye bikar anîn. Bi taybetî, ev rêbaz ji bo amadekirina pergalên netevlihev ên wekî Cu-Ta17 û her weha alloyeyên xala helandinê ya bilind ên wekî pergalên metalê veguherîna Al (TM, Zr, Hf, Nb û Ta)18,19 û Fe-W20 hatiye bikar anîn. , ku bi karanîna rêbazên pijandina kevneşopî nayên bidestxistin. Herwiha, MA ji bo hilberîna di asta pîşesaziyê ya perçeyên toz ên nanokristalîn û nanokompozît ên oksîdên metal, karbîd, nîtrîd, hîdrîd, nanolûleyên karbonê, nanoelmas, û her weha ji bo îstîqrara berfireh bi karanîna rêbaza jor-jêr 1 û qonaxên metastabîl, wekî yek ji amûrên nanoteknolojîk ên herî bihêz tê hesibandin.
Nexşeya ku rêbaza çêkirinê ya ku ji bo amadekirina pêçandina cama metalîk a Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 di vê lêkolînê de tê bikar anîn nîşan dide. (a) Amadekirina tozên alloyûma MC bi rêjeyên cûda yên Ni x (x; 10, 20, 30, û 40 at.%) bi karanîna rêbaza frezkirina gogê ya kêm-enerjî. (a) Materyalê destpêkê ligel gogên pola amûran têxin silindirek amûran û (b) di qutiyek lepikan a tijî atmosfera He de tê mohrkirin. (c) Modela zelal a konteynirê hûrkirinê ku tevgera gogê di dema hûrkirinê de nîşan dide. Berhema toza dawîn a ku piştî 50 demjimêran hatî bidestxistin ji bo pêçandina spreya sar a substrata SUS 304 hate bikar anîn (d).
Dema ku dor tê ser rûyên materyalên girseyî (substrat), endezyariya rûberê sêwirandin û guhertina rûberan (substratan) vedihewîne da ku hin taybetmendiyên fîzîkî, kîmyewî û teknîkî peyda bikin ku di materyalê girseyî yê orîjînal de tune ne. Hin ji taybetmendiyên ku dikarin bi dermankirina rûberê bi bandor werin baştir kirin ev in: berxwedana li hember aşından, oksîdasyon û korozyonê, katsayiya rijandinê, biyoînertî, taybetmendiyên elektrîkê û îzolasyona germî, tenê çend ji wan in. Kalîteya rûberê dikare bi rêbazên metalurjîk, mekanîkî an kîmyewî were baştir kirin. Wekî pêvajoyek baş-naskirî, pêçandin bi tenê wekî yek an çend tebeqeyên materyalê yên ku bi awayekî sûnî li ser rûyê tiştek girseyî (substrat) ji materyalek din hatî çêkirin têne sepandin tê pênase kirin. Bi vî rengî, pêçandin bi qismî ji bo bidestxistina taybetmendiyên teknîkî an xemilandî yên xwestî, û her weha ji bo parastina materyalan ji têkiliyên kîmyewî û fîzîkî yên bendewar bi jîngehê re têne bikar anîn23.
Ji bo sepandina qatên parastinê yên guncaw ji çend mîkrometreyan (di bin 10-20 mîkrometreyan de) heta zêdetirî 30 mîkrometreyan an jî çend mîlîmetreyan di stûriyê de, gelek rêbaz û teknîk dikarin werin bikar anîn. Bi gelemperî, pêvajoyên pêçandinê dikarin li du kategoriyan werin dabeş kirin: (i) rêbazên pêçandina şil, di nav de elektroplatkirin, elektroplatkirin, û galvanîzasyona germ-dip, û (ii) rêbazên pêçandina hişk, di nav de lehimkirin, hişkkirin, danîna buhara fîzîkî (PVD). , danîna buhara kîmyewî (CVD), teknîkên spreya germî, û di demên dawî de teknîkên spreya sar 24 (Wêne 1d).
Biyofîlm wekî civakên mîkrobî têne pênasekirin ku bi awayekî bêveger bi rûyan ve girêdayî ne û bi polîmerên derveyî hucreyî (EPS) yên xwe-hilberandî dorpêçkirî ne. Avabûna biyofîlmek rûberî gihîştî dikare di gelek pîşesaziyan de, di nav de hilberandina xwarinê, pergalên avê û lênihêrîna tenduristiyê, bibe sedema windahiyên girîng. Di mirovan de, bi çêbûna biyofîlman re, ji %80 zêdetir bûyerên enfeksiyonên mîkrobî (di nav de Enterobacteriaceae û Staphylococci) zehmet têne dermankirin. Wekî din, hatiye ragihandin ku biyofîlmên gihîştî 1000 carî li hember dermankirina antîbiyotîkê li gorî hucreyên bakterî yên planktonîk berxwedêrtir in, ku ev yek wekî pirsgirêkek dermankirinê ya sereke tê hesibandin. Di dîrokê de, materyalên pêçandina rûyê antîmîkrobî yên ku ji pêkhateyên organîk ên hevpar hatine wergirtin hatine bikar anîn. Her çend materyalên weha pir caran pêkhateyên jehrîn ên ku potansiyel ji bo mirovan zirardar in dihewînin jî,25,26 ev dikare bibe alîkar ku ji veguhestina bakteriyan û hilweşîna materyalê dûr bikevin.
Berxwedana bakteriyan a berbelav a li hember dermankirina antîbiyotîkê ji ber çêbûna biyofîlmê bûye sedema pêwîstiya pêşxistina rûyekî pêçayî yê membrana antîmîkrobî ya bi bandor ku dikare bi ewlehî were sepandin27. Pêşxistina rûyekî antî-adhezîv ê fîzîkî an kîmyewî ku şaneyên bakteriyan nikarin pê ve girêbidin û ji ber adhezîsyonê biyofîlman çêbikin, rêbaza yekem di vê pêvajoyê de ye27. Teknolojiya duyemîn ew e ku pêçan pêş bikevin ku kîmyewiyên antîmîkrobî tam li cihê ku hewce ne, bi mîqdarên pir komkirî û li gorî hewcedariyê radest bikin. Ev bi rêya pêşxistina materyalên pêçanê yên bêhempa yên wekî grafen/germanyûm28, elmasa reş29 û pêçanên karbonê yên mîna elmasê yên bi dopîngkirina ZnO30-ê ku li hember bakteriyan berxwedêr in, tê bidestxistin, teknolojiyek ku pêşveçûna jehrîbûn û berxwedanê ji ber çêbûna biyofîlmê herî zêde dike. Wekî din, pêçanên ku kîmyewiyên germîkûj dihewînin ku parastina demdirêj li dijî qirêjiya bakteriyan peyda dikin, her ku diçe populertir dibin. Her çend her sê prosedur dikarin çalakiya antîmîkrobî li ser rûberên pêçayî bikin jî, her yek xwedan komek sînorkirinên xwe ye ku divê dema pêşxistina stratejiyek serîlêdanê werin hesibandin.
Berhemên ku niha li sûkê ne, ji ber kêmbûna demê ji bo analîzkirin û ceribandina pêçanên parastinê ji bo malzemeyên biyolojîkî çalak asteng dibin. Şîrket îdîa dikin ku berhemên wan dê aliyên fonksiyonel ên xwestî ji bikarhêneran re peyda bikin, lêbelê, ev bûye astengiyek ji bo serkeftina berhemên ku niha li sûkê ne. Têkelên ji zîv hatine wergirtin di piraniya mezin a antîmîkrobialên ku niha ji xerîdaran re hene de têne bikar anîn. Ev berhem ji bo parastina bikarhêneran ji rûbirûbûna potansiyel a zirardar a mîkroorganîzmayan hatine çêkirin. Bandora antîmîkrobial a derengmayî û jehrîbûna têkildar a pêkhateyên zîv zextê li ser lêkolîneran zêde dike ku alternatîfek kêmtir zirardar pêşve bibin36,37. Afirandina pêçek antîmîkrobial a gerdûnî ku ji hundur û derve dixebite hîn jî dijwar e. Ev bi xetereyên tenduristî û ewlehiyê yên têkildar re tê. Dîtina ajanek antîmîkrobial ku ji bo mirovan kêmtir zirardar e û fêmkirina ka meriv çawa wê di binzemînên pêçanê de bi temenê dirêjtir ve girêdide armancek pir lêgerîn e38. Materyalên antîmîkrobial û antîbiyofîlmê yên herî dawî ji bo kuştina bakteriyan di mesafeyek nêzîk de, çi bi têkiliya rasterast an jî piştî berdana ajanek çalak, hatine çêkirin. Ew dikarin vê yekê bi astengkirina girêdana bakteriyan a destpêkê (di nav de pêşîgirtina li çêbûna qatek proteîn li ser rûyê erdê) an jî bi kuştina bakteriyan bi destwerdana dîwarê şaneyê bikin.
Di bingeh de, pêçandina rûvî pêvajoya sepandina qatek din li ser rûyê pêkhateyekê ye da ku taybetmendiyên rûvî baştir bike. Armanca pêçandina rûvî ew e ku mîkroavahî û/an pêkhateya herêma nêzîkî rûvî ya pêkhateyekê biguherîne39. Rêbazên pêçandina rûvî dikarin li gorî rêbazên cûda werin dabeş kirin, ku di Şekil 2a de hatine kurt kirin. Pêçandin dikarin li gorî rêbaza ku ji bo çêkirina pêçandinê tê bikar anîn li kategoriyên germî, kîmyewî, fîzîkî û elektroşîmyayî werin dabeş kirin.
(a) Navberek ku teknîkên sereke yên çêkirina rûberê nîşan dide, û (b) avantaj û dezavantajên bijartî yên rêbaza spreya sar.
Teknolojiya spreya sar gelek xalên hevpar bi teknîkên spreya germî ya kevneşopî re hene. Lêbelê, hin taybetmendiyên bingehîn ên sereke jî hene ku pêvajoya spreya sar û materyalên spreya sar bi taybetî bêhempa dikin. Teknolojiya spreya sar hîn di qonaxa xwe ya destpêkê de ye, lê pêşerojek mezin heye. Di hin rewşan de, taybetmendiyên bêhempa yên spreya sar feydeyên mezin pêşkêş dikin, sînorkirinên teknîkên spreya germî ya kevneşopî derbas dikin. Ew sînorkirinên girîng ên teknolojiya spreya germî ya kevneşopî derbas dike, ku tê de divê toz were helandin da ku li ser substratek were danîn. Bê guman, ev pêvajoya pêçandina kevneşopî ji bo materyalên pir hesas ên germahiyê yên wekî nanokrîstalan, nanopartikulan, cama amorf û metalîk ne guncaw e40, 41, 42. Wekî din, materyalên pêçandina spreya germî her gav xwedî astek bilind a porozîtî û oksîdan in. Teknolojiya spreya sar gelek avantajên girîng li ser teknolojiya spreya germî hene, wek (i) têketina germê ya herî kêm ji bo substratê, (ii) nermbûn di hilbijartina pêçandina substratê de, (iii) nebûna veguherîna qonaxê û mezinbûna dendikan, (iv) hêza zeliqandinê ya bilind1 .39 (Wêne 2b). Herwiha, materyalên pêçandina bi spreya sar xwedî berxwedana bilind a korozyonê, hêz û hişkiya bilind, îhtîmala elektrîkê ya bilind û densiteya bilind in41. Tevî avantajên pêvajoya spreya sar, ev rêbaz hîn jî hin kêmasiyên wê hene, wekî ku di Wêne 2b de tê xuyang kirin. Dema ku tozên seramîk ên saf ên wekî Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, hwd. têne pêçandin, rêbaza spreya sar nayê bikar anîn. Ji hêla din ve, tozên kompozît ên seramîk/metal dikarin wekî madeyên xav ji bo pêçanan werin bikar anîn. Heman tişt ji bo rêbazên din ên spreya germî jî derbas dibe. Rûyên dijwar û hundurên boriyan hîn jî dijwar in ku werin rijandin.
Ji ber ku ev xebat li ser bikaranîna tozên cam ên metalî wekî materyalên destpêkê ji bo pêçanan e, eşkere ye ku spreykirina germî ya kevneşopî ji bo vê armancê nayê bikar anîn. Ev ji ber wê rastiyê ye ku tozên cam ên metalî di germahiyên bilind de krîstalîze dibin1.
Piraniya amûrên ku di pîşesaziyên bijîşkî û xwarinê de têne bikar anîn ji hevbendên pola yên zengarnegir ên austenîtîk (SUS316 û SUS304) têne çêkirin ku rêjeya krom di navbera 12 û 20% wt. de ji bo hilberîna amûrên cerrahî heye. Bi gelemperî tê pejirandin ku karanîna metalê krom wekî hêmanek hevbendiyê di hevbendên pola de dikare berxwedana korozyonê ya hevbendên pola yên standard bi girîngî baştir bike. Hevbendên pola yên zengarnegir, tevî berxwedana wan a bilind a korozyonê, taybetmendiyên antîmîkrobî yên girîng nînin38,39. Ev bi berxwedana wan a bilind a korozyonê re berevajî ye. Piştî vê yekê, gengaz e ku pêşveçûna enfeksiyon û iltîhabê were pêşbînîkirin, ku bi giranî ji ber girêdana bakteriyan û kolonîzasyona li ser rûyê biyomateryalên pola yên zengarnegir in. Ji ber zehmetiyên girîng ên bi girêdana bakteriyan û rêyên avakirina biyofîlmê ve girêdayî, dibe ku zehmetiyên girîng derkevin holê, ku dikarin bibin sedema tenduristiya xirab, ku dikare gelek encamên ku rasterast an nerasterast bandorê li tenduristiya mirovan bikin hebin.
Ev lêkolîn qonaxa yekem a projeyek e ku ji hêla Weqfa Kuweytê ya ji bo Pêşxistina Zanistê (KFAS) ve tê fînanse kirin, peymana hejmar 2010-550401, ji bo lêkolîna gengaziya hilberîna tozên sêalî yên Cu-Zr-Ni yên cam ên metalîk bi karanîna teknolojiya MA (tablo). 1) Ji bo hilberîna fîlim/pêçandina parastina rûyê antîbakteriyal SUS304. Qonaxa duyemîn a projeyê, ku dê di Çileya 2023-an de dest pê bike, dê taybetmendiyên korozyona galvanîk û taybetmendiyên mekanîkî yên pergalê bi berfirehî lêkolîn bike. Ceribandinên mîkrobiyolojîk ên berfireh ji bo celebên cûda yên bakteriyan dê werin kirin.
Ev gotar bandora naveroka hevbendiya Zr li ser şiyana çêkirina camê (GFA) li ser bingeha taybetmendiyên morfolojîk û avahîsaziyê nîqaş dike. Wekî din, taybetmendiyên antîbakteriyal ên kompozîta cama metal a bi toz pêçayî/SUS304 jî hatin nîqaşkirin. Wekî din, xebatên berdewam ji bo lêkolîna îhtîmala veguherîna avahîsaziyê ya tozên cama metalîk di dema spreyandina sar de di herêma şileya super sar a pergalên cama metalîk ên çêkirî de hatine kirin. Hevbendiyên cama metalîk ên Cu50Zr30Ni20 û Cu50Zr20Ni30 wekî mînakên temsîlkar di vê lêkolînê de hatin bikar anîn.
Ev beş guhertinên morfolojîk di tozên Cu, Zr û Ni yên elementî de di dema frezkirina gogê ya kêm-enerjî de pêşkêş dike. Du pergalên cûda yên ku ji Cu50Zr20Ni30 û Cu50Zr40Ni10 pêk tên dê wekî mînakên mînakî werin bikar anîn. Pêvajoya MA dikare li sê qonaxên cuda were dabeş kirin, wekî ku ji hêla taybetmendiya metalografîk a toza ku di qonaxa hûrkirinê de hatî bidestxistin ve tê îspat kirin (Wêne 3).
Taybetmendiyên metalografîk ên tozên alloyên mekanîkî (MA) ku piştî qonaxên cûda yên hûrkirina gogê hatine bidestxistin. Wêneyên mîkroskopiya elektronê ya şopandina emîsyona zeviyê (FE-SEM) yên tozên MA û Cu50Zr40Ni10 ku piştî hûrkirina gogê ya enerjiya kêm ji bo 3, 12 û 50 demjimêran hatine bidestxistin, di (a), (c) û (e) de ji bo pergala Cu50Zr20Ni30 têne nîşandan, dema ku li ser heman MA ne. Wêneyên têkildar ên pergala Cu50Zr40Ni10 ku piştî demekê hatine girtin di (b), (d) û (f) de têne nîşandan.
Di dema frezkirina gogan de, enerjiya kînetîk a bi bandor ku dikare were veguheztin bo toza metalî, wekî ku di Şekil 1a de tê xuyang kirin, ji hêla tevlîheviyek parametreyan ve tê bandor kirin. Ev pevçûnên di navbera gogan û tozan de, zexta şikestina toza ku di navbera an jî di navbera medyaya hûrkirinê de asê maye, bandorên ji topên ku dikevin, şikestin û xitimandina ji ber kişandina tozê di navbera laşên tevger ên aşê gogan de, û pêla şokê ku di nav gogan de derbas dibe û di çanda barkirî de belav dibe vedihewîne (Şekil 1a). Элементарные порошки Cu, Zr и Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на ранней стадии МА (3 ч), что привело к образованию крупных частиц порошка (> 1 mm di diametre). Tozên Cu, Zr, û Ni yên hêmanî ji ber kaynakirina sar di qonaxek destpêkê ya MA (3 demjimêr) de bi giranî deform bûn, ku ev yek bû sedema çêbûna perçeyên tozê yên mezin (bi qûtra > 1 mm).Ev perçeyên kompozît ên mezin bi çêbûna qatên stûr ên hêmanên alloykirinê (Cu, Zr, Ni) têne xuyang kirin, wekî ku di şekil 3a,b de tê xuyang kirin. Zêdebûna dema MA heta 12 demjimêran (qonaxa navîn) bû sedema zêdebûna enerjiya kînetîk a aşê topê, ku bû sedema hilweşîna toza kompozît bo tozên piçûktir (kêmtir ji 200 μm), wekî ku di Şekil 3c, city de tê xuyang kirin. Di vê qonaxê de, hêza birrîna sepandî dibe sedema çêbûna rûyek metalek nû bi qatên zirav ên Cu, Zr, Ni, wekî ku di Şekil 3c, d de tê xuyang kirin. Wekî encamek hûrkirina qatan li ser rûyê perçeyan, reaksiyonên qonaxa hişk bi çêbûna qonaxên nû çêdibin.
Di lûtkeya pêvajoya MA de (piştî 50 demjimêran), metalografiya pelikan bi zorê dihat dîtin (Wêne 3e, f), û metalografiya neynikê li ser rûyê cilkirî yê tozê hate dîtin. Ev tê vê wateyê ku pêvajoya MA qediya û qonaxek reaksiyonê ya yekane hate afirandin. Pêkhateya hêmanî ya herêmên ku di Wêne 3e (I, II, III), f, v, vi) de hatine destnîşan kirin bi karanîna mîkroskopiya elektronê ya şopandina belavbûna zeviyê (FE-SEM) bi hev re bi spektroskopiya tîrêjên X ya belavbûna enerjiyê (EDS) hate destnîşankirin. (IV).
Di Tabloya 2 de, rêjeyên hêmanî yên hêmanên alloykirinê wekî rêjeyek ji giraniya giştî ya her herêma ku di şekil 3e, f de hatî hilbijartin têne nîşandan. Berawirdkirina van encaman bi pêkhateyên nominal ên destpêkê yên Cu50Zr20Ni30 û Cu50Zr40Ni10 ên ku di Tabloya 1 de hatine dayîn nîşan dide ku pêkhateyên van her du hilberên dawîn pir nêzîkî pêkhateyên nominal in. Wekî din, nirxên nisbî yên pêkhateyan ji bo herêmên ku di Şekil 3e, f de hatine navnîş kirin, xirabûnek girîng an guherînek di pêkhateya her nimûneyê de ji herêmek bo herêmek din nîşan nadin. Ev bi rastiya ku di pêkhateyê de ji herêmek bo herêmek din guherînek tune ye, tê îspat kirin. Ev hilberîna tozên alloykirinê yên yekreng nîşan dide wekî ku di Tabloya 2 de tê nîşandan.
Mîkrografên FE-SEM ên toza berhema dawî ya Cu50(Zr50-xNix) piştî 50 caran MA hatin bidestxistin, wekî ku di Şekil 4a-d de tê nîşandan, ku x bi rêzê ve 10, 20, 30 û 40 at.% e. Piştî vê gava hûrkirinê, toz ji ber bandora van der Waals kom dibe, ku dibe sedema çêbûna kombûnên mezin ên ku ji perçeyên ultrafîn ên bi qûtra 73 heta 126 nm pêk tên, wekî ku di Şekil 4 de tê nîşandan.
Taybetmendiyên morfolojîk ên tozên Cu50(Zr50-xNix) ên piştî 50 demjimêran MA hatine bidestxistin. Ji bo pergalên Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, wêneyên FE-SEM ên tozên piştî 50 MA hatine bidestxistin, bi rêzê ve di (a), (b), (c) û (d) de têne nîşandan.
Berî barkirina tozan nav firoşgeha spreya sar, ew pêşî 15 deqîqeyan di etanola pola analîtîk de hatin sonîkkirin û dûv re 2 saetan di 150°C de hatin zuwakirin. Ev gav divê were avêtin da ku bi serkeftî li dijî kombûnê şer bikin, ku pir caran di pêvajoya pêçandinê de gelek pirsgirêkên cidî çêdike. Piştî temamkirina pêvajoya MA, lêkolînên din hatin kirin da ku homojeniya tozên alloy were lêkolîn kirin. Li ser şekil 5a-d mîkrografên FE-SEM û wêneyên EDS yên têkildar ên hêmanên alloykirina Cu, Zr û Ni yên alloy Cu50Zr30Ni20 nîşan didin ku piştî 50 demjimêran M hatine girtin. Divê were zanîn ku tozên alloy ên piştî vê gavê hatine bidestxistin homojen in, ji ber ku ew ji asta sub-nanometre wêdetir ti guherînên pêkhateyê nîşan nadin, wekî ku di Şekil 5 de tê xuyang kirin.
Morfolojî û belavbûna herêmî ya elementan di toza MG Cu50Zr30Ni20 de ku piştî 50 MA bi rêya FE-SEM/Spektroskopiya Tîrêjên X ya Belavbûna Enerjiyê (EDS) hatiye bidestxistin. (a) Wênekirina SEM û tîrêjên X EDS ya (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, û (d) Ni-Kα.
Nimûneyên difraksiyona tîrêjên X ên tozên Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, û Cu50Zr20Ni30 yên bi alloykirina mekanîkî hatine çêkirin û piştî MA ya 50 demjimêran hatine bidestxistin, bi rêzê ve di Şekil 6a-d de têne nîşandan. Piştî vê qonaxa hûrkirinê, hemî nimûneyên bi konsantrasyonên Zr yên cûda avahiyên amorf bi şêwazên belavbûna halo yên taybetmendî yên ku di Şekil 6 de têne nîşandan hebûn.
Şêweyên difraksiyona tîrêjên X ên tozên Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), û Cu50Zr20Ni30 (d) piştî MA ji bo 50 demjimêran. Di hemî nimûneyan de bê îstîsna şêweyek belavbûna halo hat dîtin, ku nîşan dide ku qonaxek amorf çêbûye.
Mîkroskopiya elektronê ya veguhestina belavbûna zeviya çareseriya bilind (FE-HRTEM) ji bo çavdêrîkirina guhertinên avahîsaziyê û têgihîştina avahiya herêmî ya tozên ku ji ber frezkirina gogê di demên cûda yên MA de çêdibin, hate bikar anîn. Wêneyên tozên ku bi rêbaza FE-HRTEM piştî qonaxên destpêkê (6 demjimêr) û navîn (18 demjimêr) ên hûrkirina tozên Cu50Zr30Ni20 û Cu50Zr40Ni10 hatine bidestxistin, bi rêzê ve di Şekil 7a de têne nîşandan. Li gorî wêneya zeviya geş (BFI) ya toza ku piştî 6 demjimêrên MA hatî bidestxistin, toz ji dendikên mezin pêk tê ku sînorên wan ên zelal ên hêmanên fcc-Cu, hcp-Zr, û fcc-Ni hene, û ti nîşanên çêbûna qonaxek reaksiyonê tune ne, wekî ku di Şekil 7a de tê xuyang kirin. Wekî din, qalibek difraksiyona qada bijartî ya têkildar (SADP) ku ji herêma navîn (a) hatî girtin qalibek difraksiyona tûj eşkere kir (Şekil 7b) ku hebûna krîstalîteyên mezin û nebûna qonaxek reaksiyonê nîşan dide.
Taybetmendiyên avahiya herêmî yên toza MA ku piştî qonaxên destpêkê (6 saet) û navîn (18 saet) hatine bidestxistin. (a) Mîkroskopiya elektronê ya veguhestina emîsyona zeviya çareseriya bilind (FE-HRTEM) û (b) difraktograma qada bijartî ya têkildar (SADP) ya toza Cu50Zr30Ni20 piştî dermankirina MA ji bo 6 demjimêran. Wêneya FE-HRTEM ya Cu50Zr40Ni10 ku piştî MA ya 18 demjimêran hatiye bidestxistin di (c) de tê nîşandan.
Wekî ku di wêneya 7c de tê xuyang kirin, zêdebûna dema MA bo 18 demjimêran bû sedema kêmasiyên cidî yên tora şebekeyê digel deformasyona plastîk. Di vê qonaxa navîn a pêvajoya MA de, di tozê de gelek kêmasî derdikevin holê, di nav wan de kêmasiyên komkirinê, kêmasiyên tora şebekeyê, û kêmasiyên xalî (Wêne 7). Ev kêmasî dibin sedema parçebûna dendikên mezin li ser sînorên dendikan bo bindendikên bi mezinahiya ji 20 nm piçûktir (Wêne 7c).
Avahiya herêmî ya toza Cu50Z30Ni20 ya ku ji bo 36 demjimêran MA tê hûrkirin, bi çêbûna nanodendikên ultrahin ên ku di nav matrîksek amorf a zirav de hatine bicihkirin, wekî ku di Şekil 8a de tê xuyang kirin, tê xuyang kirin. Analîzek herêmî ya EMF nîşan da ku nanokolusterên ku di Şekil 8a de têne xuyang kirin bi hevbendiyên toza Cu, Zr û Ni yên nehatine dermankirin ve girêdayî ne. Naveroka Cu di matrîksê de ji ~32 at.% (herêma xizan) heya ~74 at.% (herêma dewlemend) diguhere, ku çêbûna hilberên heterojen nîşan dide. Wekî din, SADP-yên têkildar ên tozên ku piştî hûrkirinê di vê gavê de hatine bidestxistin nîşan didin ku zengilên qonaxa amorf ên halo-belavbûna seretayî û duyemîn bi xalên tûj ên ku bi van hêmanên hevbendiyê yên nehatine dermankirin ve girêdayî ne, li hev dikevin, wekî ku di Şekil 8b de tê xuyang kirin.
Taybetmendiyên avahiya herêmî yên nanopîvanî yên toza Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20. (a) Wêneya zeviya geş (BFI) û ya têkildar (b) SADP ya toza Cu50Zr30Ni20 ku piştî hûrkirinê ji bo 36 demjimêran MA hatî bidestxistin.
Ber bi dawiya pêvajoya MA (50 demjimêr), tozên Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30, û 40 at.%, bê îstîsna, morfolojiyeke labîrentî ya qonaxa amorf heye, wekî ku di Şekil 1 de tê xuyang kirin. Ne difraksiyona xalî û ne jî şêweyên halqeyî yên tûj di SADS-ên têkildar ên her pêkhateyê de nehatin tespît kirin. Ev nebûna metala krîstalî ya nehatî dermankirin nîşan dide, lê belê çêbûna tozek hevbendiya amorf nîşan dide. Ev SADP-yên têkildar ên ku şêweyên belavbûna halo nîşan didin, wekî delîl ji bo pêşveçûna qonaxên amorf di materyalê hilbera dawîn de jî hatin bikar anîn.
Pêkhateya herêmî ya berhema dawî ya sîstema Cu50 MS (Zr50-xNix). FE-HRTEM û şablonên difraksiyona nanotîrêjê yên hevgirtî (NBDP) yên (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, û (d) Cu50Zr10Ni40 ku piştî 50 demjimêran MA hatine bidestxistin.
Bi karanîna kalorîmetriya şopandina cuda, aramiya germî ya germahiya veguherîna cama (Tg), herêma şileya super sarbûyî (ΔTx) û germahiya krîstalîzasyonê (Tx) li gorî naveroka Ni (x) di pergala amorf a Cu50(Zr50-xNix) de hate lêkolîn kirin. Taybetmendiyên DSC di herikîna gaza He de. Xêzên DSC yên tozên alavên amorf ên Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, û Cu50Zr10Ni40 yên ku piştî MA ji bo 50 demjimêran hatine bidestxistin, bi rêzê ve di Şekil 10a, b, e de têne nîşandan. Di heman demê de, xêza DSC ya Cu50Zr20Ni30 ya amorf di Şekil 10an de bi awayekî cuda tê nîşandan. Di heman demê de, nimûneyek Cu50Zr30Ni20 ku di DSC de heta ~700°C hatiye germ kirin, di Şekil 10g de tê nîşandan.
Aramiya germî ya tozên Cu50(Zr50-xNix)MG yên piştî MA ji bo 50 demjimêran hatine bidestxistin, bi germahiya veguherîna cama (Tg), germahiya krîstalîzasyonê (Tx) û herêma şileya super sarbûyî (ΔTx) tê destnîşankirin. Termogramên tozên kalorîmetreya şopandina cûdahiyê (DSC) yên Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), û (e) tozên hevbendiya Cu50Zr10Ni40MG piştî MA ji bo 50 demjimêran. Nimûneyek difraksiyona tîrêjên X (XRD) ya nimûneyek Cu50Zr30Ni20 ku di DSC de heta ~700°C hatiye germ kirin di (d) de tê nîşandan.
Wekî ku di Wêne 10 de tê xuyang kirin, xêzên DSC ji bo hemî pêkhateyên bi rêjeyên nîkelê yên cuda (x) du rewşên cuda nîşan didin, yek endotermîk û ya din eksotermîk. Bûyera endotermîk a yekem bi Tg re têkildar e, û ya duyemîn bi Tx ve girêdayî ye. Qada spana horizontal ku di navbera Tg û Tx de heye wekî qada şileya binsarbûyî (ΔTx = Tx – Tg) tê binav kirin. Encam nîşan didin ku Tg û Tx ya nimûneya Cu50Zr40Ni10 (Wêne 10a) ku li 526°C û 612°C hatî danîn, naverokê (x) heya 20% ber bi aliyê germahiya nizm a 482°C û 563°C ve diguhezîne. °C bi zêdebûna naveroka Ni (x), bi rêzê ve, wekî ku di Wêne 10b de tê xuyang kirin. Di encamê de, ΔTx Cu50Zr40Ni10 ji 86°С (Wêne 10a) dadikeve 81°С ji bo Cu50Zr30Ni20 (Wêne 10b). Ji bo hevbendiya MC Cu50Zr40Ni10, kêmbûnek di nirxên Tg, Tx, û ΔTx de heta astên 447°С, 526°С, û 79°С jî hate dîtin (Wêne 10b). Ev nîşan dide ku zêdebûna naveroka Ni dibe sedema kêmbûna aramiya germî ya hevbendiya MS. Berevajî vê, nirxa Tg (507 °C) ya hevbendiya MC Cu50Zr20Ni30 ji ya hevbendiya MC Cu50Zr40Ni10 kêmtir e; lêbelê, Tx-ya wê nirxek berawirdî bi wê re nîşan dide (612 °C). Ji ber vê yekê, ΔTx xwedî nirxek bilindtir e (87°C) wekî ku di wêne sedsala 10-an de tê xuyang kirin.
Sîstema Cu50(Zr50-xNix)MC, bi karanîna hevbendiya Cu50Zr20Ni30 MC wekî mînak, bi rêya lûtkeyeke tûj a exotermîk krîstalîze dibe û dibe qonaxên krîstalî yên fcc-ZrCu5, ortorombîk-Zr7Cu10, û ortorombîk-ZrNi (Wêne 10c). Ev veguherîna qonaxê ji amorf ber bi krîstalî bi analîza difraksiyona tîrêjên X ya nimûneya MG (Wêne 10d) ku di DSC de heta 700°C hatiye germ kirin, hate piştrast kirin.
Di şekil 11an de wêneyên ku di dema pêvajoya spreya sar de hatine kişandin nîşan didin. Di vê lêkolînê de, perçeyên toza şûşeyî ya metalî yên ku piştî MA ji bo 50 demjimêran hatine sentezkirin (bi karanîna Cu50Zr20Ni30 wekî mînak) wekî madeya xav a antîbakteriyal hatine bikar anîn, û plakaya pola zengarnegir (SUS304) bi spreya sar hatiye pêçandin. Rêbaza spreya sar ji bo pêçandinê di rêzenivîsa teknolojiya spreya germî de hat hilbijartin ji ber ku ew rêbaza herî bibandor e di rêzenivîsa teknolojiya spreya germî de ku ew dikare ji bo materyalên hesas ên germê yên metalî yên metastabîl ên wekî tozên amorf û nanokristalîn were bikar anîn. Ne mijara veguherînên qonaxê ye. Ev faktora sereke di hilbijartina vê rêbazê de ye. Pêvajoya danîna sar bi karanîna perçeyên leza bilind tê kirin ku enerjiya kînetîk a perçeyan vediguherînin deformasyona plastîk, deformasyon û germê dema ku bi substratê an perçeyên berê hatine danîn.
Wêneyên meydanî prosedûra spreykirina sar a ku ji bo pênc amadekariyên li pey hev ên MG/SUS 304 di 550°C de tê bikar anîn nîşan didin.
Enerjiya kînetîk a perçeyan, û her weha momentuma her perçeyekê di dema çêbûna pêçanê de, divê bi rêya mekanîzmayên wekî deformasyona plastîk (perçeyên seretayî û têkiliyên navbera perçeyan di matrîksê de û têkiliyên perçeyan), girêkên navbera madeyên hişk, zivirîna di navbera perçeyan de, deformasyon û germkirina sînordar 39 werin veguherandin bo formên din ên enerjiyê. Wekî din, heke hemî enerjiya kînetîk a hatî neyê veguherandin bo enerjiya germî û enerjiya deformasyonê, encam dê pevçûnek elastîk be, ku tê vê wateyê ku perçe piştî lêdanê bi tenê ji hev vediqetin. Hatiye destnîşankirin ku %90ê enerjiya lêdanê ya ku li ser materyalê perçe/binzemê tê sepandin vediguhere germahiya herêmî 40. Wekî din, dema ku zexta lêdanê tê sepandin, rêjeyên bilind ên zorbûna plastîk di herêma têkiliya perçe/binzemê de di demek pir kurt de têne bidestxistin41,42.
Deformasyona plastîk bi gelemperî wekî pêvajoyek belavkirina enerjiyê, an jî rasttir, wekî çavkaniyek germê di herêma navrû de tê hesibandin. Lêbelê, zêdebûna germahiyê di herêma navrû de bi gelemperî ji bo çêbûna helandina navrû an teşwîqkirina girîng a belavbûna hevbeş a atoman têrê nake. Ti weşanek ku ji nivîskaran re tê zanîn bandora taybetmendiyên van tozên vître yên metalî li ser girêdana tozê û rûniştina ku dema teknîkên spreya sar têne bikar anîn lêkolîn nekiriye.
BFI ya toza hevbendiya MG Cu50Zr20Ni30 di Şekil 12a de tê dîtin, ku li ser substrata SUS 304 hatiye danîn (Şekil 11, 12b). Wekî ku ji wêneyê tê dîtin, tozên pêçayî avahiya xwe ya amorf a orîjînal diparêzin ji ber ku ew xwedî avahiyek labîrent a nazik in bêyî taybetmendiyên krîstalî an kêmasiyên torê. Ji hêla din ve, wêne hebûna qonaxek biyanî nîşan dide, wekî ku ji hêla nanopartikulên ku di matrîksa toza pêçayî ya MG de hene ve tê îspat kirin (Şekil 12a). Şekil 12c qalibê difraksiyona nanotîrêjê ya endekskirî (NBDP) nîşan dide ku bi herêma I ve girêdayî ye (Şekil 12a). Wekî ku di şekil 12c de tê xuyang kirin, NBDP qalibek belavbûna halo ya qels a avahiya amorf nîşan dide û bi xalên tûj ên ku bi qonaxek krîstalî ya mezin a kubîk a metastabîl a Zr2Ni û qonaxek CuO ya çargoşe re têkildar in, bi hev re dijîn. Avabûna CuO dikare bi oksîdasyona tozê dema ku ji nozula çekê spreyê ber bi SUS 304 ve di hewaya vekirî de di herikîna supersonîk de tê veguhastin were ravekirin. Ji aliyekî din ve, bêvîtrîfîkasyona tozên metalî yên camî piştî dermankirina spreya sar di 550°C de ji bo 30 hûrdeman, bû sedema çêbûna qonaxên kubîk ên mezin.
(a) Wêneya FE-HRTEM ya toza MG ya li ser (b) substrata SUS 304 hatiye danîn (Wêneya hundirîn). Indeksa NBDP ya sembola gilover a di (a) de tê nîşandan di (c) de tê nîşandan.
Ji bo ceribandina vê mekanîzmaya potansiyel a çêbûna nanopartikulên Zr2Ni yên kubîk ên mezin, ceribandinek serbixwe hate kirin. Di vê ceribandinê de, toz ji atomîzerek di 550°C de ber bi substrata SUS 304 ve hatin rijandin; lêbelê, ji bo destnîşankirina bandora germkirinê, toz ji şerîta SUS304 bi qasî ku pêkan zû (nêzîkî 60 saniye) hatin rakirin. ). Rêzeyek din a ceribandinan hate kirin ku tê de toz bi qasî 180 saniye piştî sepandinê ji substratê hate rakirin.
Wêneyên 13a,b wêneyên zeviya tarî (DFI) yên Mîkroskopiya Elektronîk a Veguhestina Skenkirinê (STEM) ya du materyalên sputterkirî yên ku li ser substratên SUS 304 ji bo 60 saniye û 180 saniyeyan hatine danîn nîşan didin. Wêneya tozê ya ku ji bo 60 saniyeyan hatiye danîn, hûrguliyên morfolojîk nînin, û bêtaybetmendî nîşan dide (Wêne 13a). Ev yek bi XRD jî hate piştrast kirin, ku nîşan da ku avahiya giştî ya van tozan amorf bû, wekî ku ji hêla lûtkeyên difraksiyona seretayî û duyemîn ên fireh ên di Wêne 14a de têne nîşandan ve hatî destnîşan kirin. Ev nebûna bermayiyên metastabîl/mezofaz nîşan dide, ku tê de toz avahiya xwe ya amorf a orîjînal diparêze. Berevajî vê, toza ku di heman germahiyê de (550°C) hatiye danîn lê ji bo 180 saniyeyan li ser substratê hatiye hiştin, danîna dendikên nanomezin nîşan da, wekî ku ji hêla tîrên di Wêne 13b de hatî nîşandan.