Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझर आवृत्तीमध्ये CSS साठी मर्यादित समर्थन आहे. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अपडेटेड ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये सुसंगतता मोड बंद करा). दरम्यान, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही शैली आणि जावास्क्रिप्टशिवाय साइट प्रदर्शित करू.
दीर्घकालीन संसर्गाच्या विकासात बायोफिल्म्स हा एक महत्त्वाचा घटक आहे, विशेषतः जेव्हा वैद्यकीय उपकरणे गुंतलेली असतात. ही समस्या वैद्यकीय समुदायासमोर एक मोठे आव्हान आहे, कारण मानक प्रतिजैविके केवळ मर्यादित प्रमाणात बायोफिल्म्स नष्ट करू शकतात. बायोफिल्म निर्मिती रोखण्यामुळे विविध कोटिंग पद्धती आणि नवीन साहित्य विकसित झाले आहेत. या पद्धतींचा उद्देश पृष्ठभागावर अशा प्रकारे कोटिंग करणे आहे जे बायोफिल्म निर्मितीला प्रतिबंधित करते. धातूचे काचेचे मिश्र धातु, विशेषतः तांबे आणि टायटॅनियम धातू असलेले, आदर्श अँटीमायक्रोबियल कोटिंग्ज म्हणून उदयास आले आहेत. त्याच वेळी, कोल्ड स्प्रे तंत्रज्ञानाचा वापर वाढला आहे कारण ते तापमान-संवेदनशील पदार्थांवर प्रक्रिया करण्यासाठी योग्य पद्धत आहे. या अभ्यासाच्या उद्देशाचा एक भाग म्हणजे यांत्रिक मिश्र धातु तंत्रांचा वापर करून टर्नरी Cu-Zr-Ni पासून बनलेला एक नवीन अँटीबॅक्टेरियल फिल्म मेटॅलिक ग्लास विकसित करणे. अंतिम उत्पादन बनवणारा गोलाकार पावडर कमी तापमानात स्टेनलेस स्टीलच्या पृष्ठभागांच्या कोल्ड स्प्रे कोटिंगसाठी कच्चा माल म्हणून वापरला जातो. धातूच्या काचेने लेपित सब्सट्रेट्स स्टेनलेस स्टीलच्या तुलनेत बायोफिल्म निर्मिती कमीत कमी 1 लॉगने लक्षणीयरीत्या कमी करण्यास सक्षम होते.
मानवी इतिहासात, कोणताही समाज त्याच्या विशिष्ट आवश्यकता पूर्ण करणाऱ्या नवीन साहित्याची रचना आणि प्रचार करण्यास सक्षम राहिला आहे, ज्यामुळे जागतिकीकृत अर्थव्यवस्थेत कामगिरी आणि रँकिंग सुधारले आहे. आरोग्य, शिक्षण, उद्योग, अर्थशास्त्र, संस्कृती आणि इतर क्षेत्रात एका देशातून दुसऱ्या देशात प्रगती करण्यासाठी साहित्य आणि फॅब्रिकेशन उपकरणे आणि डिझाइन विकसित करण्याची मानवी क्षमता नेहमीच कारणीभूत ठरली आहे. देश किंवा प्रदेशाकडे दुर्लक्ष करून प्रगती मोजली जाते. 2 गेल्या 60 वर्षांपासून, साहित्य शास्त्रज्ञांनी त्यांचा बराचसा वेळ एका प्रमुख चिंतेवर लक्ष केंद्रित करण्यासाठी दिला आहे: नवीन आणि अत्याधुनिक साहित्याचा पाठलाग. अलिकडच्या संशोधनात विद्यमान साहित्याची गुणवत्ता आणि कार्यक्षमता सुधारण्यावर तसेच पूर्णपणे नवीन प्रकारच्या साहित्याचे संश्लेषण आणि शोध करण्यावर लक्ष केंद्रित केले आहे.
मिश्रधातू घटकांची भर, भौतिक सूक्ष्म संरचनामध्ये बदल आणि थर्मल, मेकॅनिकल किंवा थर्मो-मेकॅनिकल प्रक्रिया तंत्रांचा वापर यामुळे विविध प्रकारच्या विविध पदार्थांच्या यांत्रिक, रासायनिक आणि भौतिक गुणधर्मांमध्ये लक्षणीय सुधारणा झाल्या आहेत. शिवाय, आतापर्यंत कधीही न ऐकलेले संयुगे या टप्प्यावर यशस्वीरित्या संश्लेषित केले गेले आहेत. या सततच्या प्रयत्नांमुळे नाविन्यपूर्ण पदार्थांचा एक नवीन कुटुंब निर्माण झाला आहे, ज्याला एकत्रितपणे प्रगत पदार्थ म्हणून ओळखले जाते. नॅनोक्रिस्टल्स, नॅनोपार्टिकल्स, नॅनोट्यूब, क्वांटम डॉट्स, शून्य-आयामी, आकारहीन धातूचे चष्मे आणि उच्च-एंट्रोपी मिश्रधातू ही गेल्या शतकाच्या मध्यापासून जगात आणलेल्या प्रगत पदार्थांची काही उदाहरणे आहेत. अंतिम उत्पादनात किंवा त्याच्या उत्पादनाच्या मध्यवर्ती टप्प्यात, उत्कृष्ट गुणधर्मांसह नवीन मिश्रधातूंचे उत्पादन आणि विकास करताना, ऑफ-बॅलन्सची समस्या अनेकदा जोडली जाते. समतोलपणापासून लक्षणीयरीत्या विचलित होण्यासाठी नवीन फॅब्रिकेशन तंत्रे लागू करण्याच्या परिणामी, मेटास्टेबल मिश्रधातूंचा एक संपूर्ण नवीन वर्ग, ज्याला धातूचे चष्मे म्हणतात, शोधला गेला आहे.
१९६० मध्ये कॅल्टेक येथे त्यांनी केलेल्या कामामुळे धातूंच्या मिश्रधातूंच्या संकल्पनेत क्रांती घडली जेव्हा त्यांनी जवळजवळ दहा लाख अंश प्रति सेकंद वेगाने द्रव पदार्थांचे घनीकरण करून काचेच्या Au-25 at.% Si मिश्रधातूंचे संश्लेषण केले. ४. प्राध्यापक पोल डुवेझ यांच्या शोध घटनेने केवळ धातूच्या काचेच्या (MG) इतिहासाची सुरुवातच केली नाही तर लोकांच्या धातूंच्या मिश्रधातूंबद्दलच्या विचारसरणीतही एक मोठा बदल घडवून आणला. MG मिश्रधातूंच्या संश्लेषणातील सुरुवातीच्या अग्रगण्य अभ्यासापासून, जवळजवळ सर्व धातूचे चष्मे खालीलपैकी एका पद्धतीचा वापर करून पूर्णपणे तयार केले गेले आहेत; (i) वितळणे किंवा वाफेचे जलद घनीकरण, (ii) जाळीचे अणु विकृतीकरण, (iii) शुद्ध धातू घटकांमधील घन-अवस्थेतील आकार बदल प्रतिक्रिया आणि (iv) मेटास्टेबल टप्प्यांचे घन-अवस्थेतील संक्रमण.
MGs मध्ये क्रिस्टल्सशी संबंधित लांब पल्ल्याच्या अणुक्रमाचा अभाव असल्याने ते ओळखले जातात, जे क्रिस्टल्सचे एक निश्चित वैशिष्ट्य आहे. आजच्या जगात, धातूच्या काचेच्या क्षेत्रात मोठी प्रगती झाली आहे. ते मनोरंजक गुणधर्म असलेले नवीन साहित्य आहेत जे केवळ घन-अवस्था भौतिकशास्त्रातच नव्हे तर धातूशास्त्र, पृष्ठभाग रसायनशास्त्र, तंत्रज्ञान, जीवशास्त्र आणि इतर अनेक क्षेत्रांमध्ये देखील मनोरंजक आहेत. या नवीन प्रकारच्या साहित्यात घन धातूंपेक्षा वेगळे गुणधर्म आहेत, ज्यामुळे ते विविध क्षेत्रात तांत्रिक अनुप्रयोगांसाठी एक मनोरंजक उमेदवार बनते. त्यांच्याकडे काही महत्त्वाचे गुणधर्म आहेत; (i) उच्च यांत्रिक लवचिकता आणि उत्पन्न शक्ती, (ii) उच्च चुंबकीय पारगम्यता, (iii) कमी जबरदस्ती, (iv) असामान्य गंज प्रतिकार, (v) तापमान स्वातंत्र्य 6,7 ची चालकता.
यांत्रिक मिश्रधातू (MA)1,8 ही एक तुलनेने नवीन तंत्र आहे, जी पहिल्यांदा १९८३९ मध्ये प्रो. सीसी कॉक आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी सादर केली. त्यांनी खोलीच्या तापमानाच्या अगदी जवळच्या वातावरणीय तापमानावर शुद्ध घटकांचे मिश्रण बारीक करून आकारहीन Ni60Nb40 पावडर तयार केली. सामान्यतः, MA अभिक्रिया ही अणुभट्टीमधील अभिक्रियाकारक पदार्थ पावडरच्या डिफ्यूजिव्ह कपलिंग दरम्यान केली जाते, जी सामान्यतः स्टेनलेस स्टीलपासून बनवलेल्या बॉल मिल 10 मध्ये असते (आकृती 1a, b). तेव्हापासून, या यांत्रिकरित्या प्रेरित घन-अवस्था अभिक्रिया तंत्राचा वापर कमी (आकृती 1c) आणि उच्च ऊर्जा असलेल्या बॉल मिल्स, तसेच रॉड मिल्स 11,12,13,14,15, 16 वापरून नवीन आकारहीन/धातूच्या काचेच्या मिश्रधातू पावडर तयार करण्यासाठी केला जात आहे. विशेषतः, ही पद्धत Cu-Ta17 सारख्या अविभाज्य प्रणाली तसेच Al-ट्रान्झिशन मेटल सिस्टम (TM; Zr, Hf, Nb आणि Ta) 18,19 आणि Fe-W20 सारख्या उच्च वितळण्याच्या बिंदू मिश्रधातू तयार करण्यासाठी वापरली गेली आहे, जी पारंपारिक तयारी मार्गांनी मिळवता येत नाहीत. शिवाय, MA हे धातू ऑक्साइड, कार्बाइड, नायट्राइड, हायड्राइड, कार्बन यांचे औद्योगिक-स्तरीय नॅनोक्रिस्टलाइन आणि नॅनोकंपोझिट पावडर कण तयार करण्यासाठी सर्वात शक्तिशाली नॅनोटेक्नॉलॉजी साधनांपैकी एक मानले जाते. नॅनोट्यूब, नॅनोडायमंड्स, तसेच टॉप-डाऊन अ‍ॅप्रोच १ आणि मेटास्टेबल स्टेजद्वारे व्यापक स्थिरीकरण.
या अभ्यासात Cu50(Zr50−xNix) धातूचा काच (MG) कोटिंग/SUS 304 तयार करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या फॅब्रिकेशन पद्धतीचे आराखडे दाखवतात. (a) कमी उर्जेच्या बॉल मिलिंग तंत्राचा वापर करून वेगवेगळ्या Ni सांद्रता x (x; 10, 20, 30 आणि 40 at.%) असलेल्या MG मिश्रधातू पावडरची तयारी. (a) सुरुवातीचा मटेरियल टूल स्टील बॉलसह टूल सिलेंडरमध्ये लोड केला जातो आणि (b) He वातावरणाने भरलेल्या ग्लोव्ह बॉक्समध्ये सील केला जातो. (c) ग्राइंडिंग दरम्यान बॉलची हालचाल दर्शविणारे ग्राइंडिंग व्हेसलचे पारदर्शक मॉडेल. 50 तासांनंतर मिळालेल्या पावडरचे अंतिम उत्पादन कोल्ड स्प्रे पद्धतीचा वापर करून SUS 304 सब्सट्रेट कोट करण्यासाठी वापरले गेले (d).
जेव्हा मोठ्या प्रमाणात सामग्रीच्या पृष्ठभागांचा (सब्सट्रेट्स) विचार केला जातो तेव्हा पृष्ठभाग अभियांत्रिकीमध्ये मूळ मोठ्या प्रमाणात सामग्रीमध्ये नसलेले काही भौतिक, रासायनिक आणि तांत्रिक गुण प्रदान करण्यासाठी पृष्ठभागांचे (सब्सट्रेट्स) डिझाइन आणि बदल समाविष्ट असतात. पृष्ठभागाच्या उपचारांद्वारे प्रभावीपणे सुधारता येणारे काही गुणधर्म म्हणजे घर्षण प्रतिरोध, ऑक्सिडेशन आणि गंज प्रतिरोध, घर्षण गुणांक, जैव-जडत्व, विद्युत गुणधर्म आणि थर्मल इन्सुलेशन. धातूशास्त्रीय, यांत्रिक किंवा रासायनिक तंत्रांचा वापर करून पृष्ठभागाची गुणवत्ता सुधारता येते. एक सुप्रसिद्ध प्रक्रिया म्हणून, कोटिंगची व्याख्या फक्त दुसऱ्या सामग्रीपासून बनवलेल्या मोठ्या प्रमाणात वस्तू (सब्सट्रेट) च्या पृष्ठभागावर कृत्रिमरित्या जमा केलेल्या सामग्रीच्या एक किंवा अनेक थर म्हणून केली जाते. अशा प्रकारे, कोटिंग्जचा वापर काही प्रमाणात इच्छित तांत्रिक किंवा सजावटीच्या गुणधर्म साध्य करण्यासाठी तसेच आसपासच्या वातावरणासह अपेक्षित रासायनिक आणि भौतिक परस्परसंवादापासून सामग्रीचे संरक्षण करण्यासाठी केला जातो.23.
काही मायक्रोमीटर (१०-२० मायक्रोमीटरपेक्षा कमी) ते ३० मायक्रोमीटर किंवा अगदी काही मिलिमीटर जाडीचे योग्य पृष्ठभाग संरक्षण थर जमा करण्यासाठी, अनेक पद्धती आणि तंत्रे लागू केली जाऊ शकतात. सर्वसाधारणपणे, कोटिंग प्रक्रिया दोन श्रेणींमध्ये विभागल्या जाऊ शकतात: (i) ओल्या कोटिंग पद्धती, ज्यामध्ये इलेक्ट्रोप्लेटिंग, इलेक्ट्रोलेस प्लेटिंग आणि हॉट-डिप गॅल्वनायझिंग पद्धतींचा समावेश आहे, आणि (ii) कोरड्या कोटिंग पद्धती, ज्यामध्ये ब्रेझिंग, सरफेसिंग, भौतिक वाष्प निक्षेपण (PVD), रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD), थर्मल स्प्रे तंत्रे आणि अलिकडे थंड स्प्रे तंत्रे २४ (आकृती १d) यांचा समावेश आहे.
बायोफिल्म्सची व्याख्या सूक्ष्मजीव समुदाय म्हणून केली जाते जे पृष्ठभागांशी अपरिवर्तनीयपणे जोडलेले असतात आणि स्वयं-निर्मित बाह्य पेशीय पॉलिमर (EPS) ने वेढलेले असतात. वरवरच्या परिपक्व बायोफिल्म निर्मितीमुळे अन्न उद्योग, पाणी प्रणाली आणि आरोग्यसेवा वातावरणासह अनेक औद्योगिक क्षेत्रांमध्ये लक्षणीय नुकसान होऊ शकते. मानवांमध्ये, जेव्हा बायोफिल्म्स तयार होतात, तेव्हा सूक्ष्मजीव संसर्गाच्या 80% पेक्षा जास्त प्रकरणांमध्ये (एंटेरोबॅक्टेरियासी आणि स्टॅफिलोकोकीसह) उपचार करणे कठीण असते. शिवाय, प्रौढ बायोफिल्म्स प्लँक्टोनिक बॅक्टेरिया पेशींच्या तुलनेत प्रतिजैविक उपचारांना 1000 पट जास्त प्रतिरोधक असल्याचे नोंदवले गेले आहे, जे एक प्रमुख उपचारात्मक आव्हान मानले जाते. पारंपारिक सेंद्रिय संयुगांपासून मिळवलेल्या अँटीमायक्रोबियल पृष्ठभागाच्या आवरण सामग्रीचा ऐतिहासिकदृष्ट्या वापर केला गेला आहे. जरी अशा सामग्रीमध्ये बहुतेकदा विषारी घटक असतात जे मानवांसाठी संभाव्य धोकादायक असतात, 25,26 ते बॅक्टेरियाचे संक्रमण आणि भौतिक नाश टाळण्यास मदत करू शकते.
बायोफिल्म निर्मितीमुळे अँटीबायोटिक उपचारांना बॅक्टेरियांचा व्यापक प्रतिकार यामुळे एक प्रभावी अँटीमायक्रोबियल मेम्ब्रेन-लेपित पृष्ठभाग विकसित करण्याची आवश्यकता निर्माण झाली आहे जी सुरक्षितपणे लागू केली जाऊ शकते27. भौतिक किंवा रासायनिक अँटी-अ‍ॅडहेरंट पृष्ठभागाचा विकास ज्यामध्ये बॅक्टेरियाच्या पेशींना चिकटपणामुळे बायोफिल्म बांधण्यास आणि तयार करण्यास प्रतिबंधित केले जाते हा या प्रक्रियेतील पहिला दृष्टिकोन आहे27. दुसरे तंत्रज्ञान म्हणजे कोटिंग्ज विकसित करणे जे अँटीमायक्रोबियल रसायने आवश्यक असलेल्या ठिकाणी, अत्यंत केंद्रित आणि अनुकूल प्रमाणात वितरित करण्यास सक्षम करतात. हे ग्राफीन/जर्मेनियम28, ब्लॅक डायमंड29 आणि ZnO-डोप्ड डायमंड-सारखे कार्बन कोटिंग्ज30 सारखे अद्वितीय कोटिंग साहित्य विकसित करून साध्य केले जाते जे बॅक्टेरियांना प्रतिरोधक असतात, बायोफिल्म निर्मितीमुळे विषारीपणा आणि प्रतिकार विकास वाढवते हे तंत्रज्ञान लक्षणीयरीत्या कमी केले जाते. याव्यतिरिक्त, बॅक्टेरियाच्या दूषिततेपासून दीर्घकालीन संरक्षण प्रदान करण्यासाठी पृष्ठभागावर जंतुनाशक रसायने समाविष्ट करणारे कोटिंग्ज अधिक लोकप्रिय होत आहेत. जरी तिन्ही प्रक्रिया लेपित पृष्ठभागावर अँटीमायक्रोबियल प्रभाव निर्माण करण्यास सक्षम आहेत, तरी त्या प्रत्येकाच्या स्वतःच्या मर्यादा आहेत ज्या अनुप्रयोग धोरणे विकसित करताना विचारात घेतल्या पाहिजेत.
सध्या बाजारात असलेल्या उत्पादनांना जैविक दृष्ट्या सक्रिय घटकांसाठी संरक्षणात्मक कोटिंग्जचे विश्लेषण आणि चाचणी करण्यासाठी पुरेसा वेळ मिळत नाही. कंपन्यांचा दावा आहे की त्यांची उत्पादने वापरकर्त्यांना इच्छित कार्यात्मक पैलू प्रदान करतील; तथापि, सध्या बाजारात असलेल्या उत्पादनांच्या यशात हे एक अडथळा ठरले आहे. चांदीपासून मिळवलेले संयुगे आता ग्राहकांना उपलब्ध असलेल्या बहुतेक अँटीमायक्रोबियल थेरपीमध्ये वापरले जातात. ही उत्पादने वापरकर्त्यांना सूक्ष्मजीवांच्या संभाव्य धोकादायक प्रभावांपासून वाचवण्यासाठी विकसित केली जातात. चांदीच्या संयुगांचा विलंबित अँटीमायक्रोबियल प्रभाव आणि संबंधित विषाक्तता संशोधकांवर कमी हानिकारक पर्याय विकसित करण्यासाठी दबाव वाढवते36,37. घरामध्ये आणि बाहेर काम करणारा जागतिक अँटीमायक्रोबियल कोटिंग तयार करणे अजूनही एक कठीण काम असल्याचे सिद्ध होत आहे. हे आरोग्य आणि सुरक्षिततेसाठी संबंधित जोखमींमुळे आहे. मानवांसाठी कमी हानिकारक असलेल्या अँटीमायक्रोबियल एजंटचा शोध घेणे आणि ते जास्त शेल्फ लाइफ असलेल्या कोटिंग सब्सट्रेट्समध्ये कसे समाविष्ट करायचे हे शोधणे हे एक अत्यंत मागणी असलेले ध्येय आहे38. नवीनतम अँटीमायक्रोबियल आणि अँटी-बायोफिल्म मटेरियल थेट संपर्काद्वारे किंवा सक्रिय एजंट सोडल्यानंतर जवळच्या अंतरावर बॅक्टेरिया मारण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत. ते प्रारंभिक बॅक्टेरियाच्या आसंजनाला प्रतिबंधित करून (पृष्ठभागावर प्रथिन थर तयार होण्यास विरोध करण्यासह) किंवा पेशी भिंतीमध्ये हस्तक्षेप करून बॅक्टेरिया मारून हे करू शकतात.
मूलभूतपणे, पृष्ठभागाचे आवरण म्हणजे पृष्ठभागाशी संबंधित गुण वाढविण्यासाठी घटकाच्या पृष्ठभागावर दुसरा थर ठेवण्याची प्रक्रिया. पृष्ठभागाच्या आवरणाचे उद्दिष्ट घटकाच्या जवळच्या पृष्ठभागाच्या क्षेत्राची सूक्ष्म रचना आणि/किंवा रचना तयार करणे आहे39. पृष्ठभागाच्या आवरणाच्या तंत्रांना वेगवेगळ्या पद्धतींमध्ये विभागता येते, ज्याचा सारांश आकृती 2a मध्ये दिला आहे. आवरण तयार करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या पद्धतीनुसार, आवरणांना थर्मल, रासायनिक, भौतिक आणि इलेक्ट्रोकेमिकल श्रेणींमध्ये विभागता येते.
(अ) पृष्ठभागासाठी वापरल्या जाणाऱ्या मुख्य फॅब्रिकेशन तंत्रांचे इनसेट आणि (ब) कोल्ड स्प्रे तंत्राचे निवडक फायदे आणि तोटे.
कोल्ड स्प्रे तंत्रज्ञान पारंपारिक थर्मल स्प्रे पद्धतींशी अनेक साम्य दर्शवते. तथापि, काही प्रमुख मूलभूत गुणधर्म देखील आहेत जे कोल्ड स्प्रे प्रक्रिया आणि कोल्ड स्प्रे सामग्री विशेषतः अद्वितीय बनवतात. कोल्ड स्प्रे तंत्रज्ञान अद्याप बाल्यावस्थेत आहे, परंतु त्याचे भविष्य उज्ज्वल आहे. काही अनुप्रयोगांमध्ये, कोल्ड स्प्रेचे अद्वितीय गुणधर्म सामान्य थर्मल स्प्रे पद्धतींच्या अंतर्निहित मर्यादांवर मात करून मोठे फायदे देतात. पारंपारिक थर्मल स्प्रे तंत्रज्ञानाच्या महत्त्वपूर्ण मर्यादांवर मात करण्याचा हा एक मार्ग प्रदान करतो, ज्या दरम्यान सब्सट्रेटवर जमा होण्यासाठी पावडर वितळवावी लागते. स्पष्टपणे, ही पारंपारिक कोटिंग प्रक्रिया नॅनोक्रिस्टल्स, नॅनोपार्टिकल्स, आकारहीन आणि धातूचे ग्लासेस सारख्या अतिशय तापमान-संवेदनशील पदार्थांसाठी योग्य नाही40, 41, 42. शिवाय, थर्मल स्प्रे कोटिंग सामग्री नेहमीच उच्च पातळीची सच्छिद्रता आणि ऑक्साइड प्रदर्शित करते. कोल्ड स्प्रे तंत्रज्ञानाचे थर्मल स्प्रे तंत्रज्ञानापेक्षा अनेक महत्त्वपूर्ण फायदे आहेत, जसे की (i) सब्सट्रेटमध्ये किमान उष्णता इनपुट, (ii) सब्सट्रेट कोटिंग निवडींमध्ये लवचिकता, (iii) फेज ट्रान्सफॉर्मेशन आणि धान्य वाढीची अनुपस्थिती, (iv) उच्च बंध शक्ती1,39 (आकृती 2b). याव्यतिरिक्त, कोल्ड स्प्रे कोटिंग मटेरियलमध्ये उच्च गंज प्रतिरोधकता, उच्च शक्ती आणि कडकपणा, उच्च विद्युत चालकता आणि उच्च घनता असते41. कोल्ड स्प्रे प्रक्रियेच्या फायद्यांच्या विपरीत, आकृती 2b मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, या तंत्राचा वापर करण्याचे काही तोटे अजूनही आहेत. Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, इत्यादी शुद्ध सिरेमिक पावडर कोटिंग करताना, कोल्ड स्प्रे पद्धत वापरली जाऊ शकत नाही. दुसरीकडे, सिरेमिक/मेटल कंपोझिट पावडर कोटिंगसाठी कच्चा माल म्हणून वापरता येतात. इतर थर्मल स्प्रे पद्धतींसाठीही हेच आहे. गुंतागुंतीच्या पृष्ठभाग आणि अंतर्गत पाईप पृष्ठभागांना अजूनही फवारणी करणे कठीण आहे.
सध्याच्या कामाचे उद्दिष्ट कच्च्या कोटिंग मटेरियल म्हणून धातूच्या काचेच्या पावडरचा वापर करणे आहे हे लक्षात घेता, हे स्पष्ट आहे की या उद्देशासाठी पारंपारिक थर्मल फवारणी वापरली जाऊ शकत नाही. कारण धातूच्या काचेच्या पावडर उच्च तापमानात स्फटिक बनतात.
वैद्यकीय आणि अन्न उद्योगांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या बहुतेक उपकरणांमध्ये ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील मिश्रधातू (SUS316 आणि SUS304) असतात ज्यात शस्त्रक्रिया उपकरणांच्या निर्मितीसाठी क्रोमियमचे प्रमाण 12 ते 20 wt% असते. स्टील मिश्रधातूंमध्ये क्रोमियम धातूचा मिश्रधातू म्हणून वापर केल्याने मानक स्टील मिश्रधातूंच्या गंज प्रतिकारशक्तीत मोठ्या प्रमाणात सुधारणा होऊ शकते हे सामान्यतः मान्य केले जाते. स्टेनलेस स्टील मिश्रधातू, उच्च गंज प्रतिकार असूनही, लक्षणीय प्रतिजैविक गुणधर्म प्रदर्शित करत नाहीत38,39. हे त्यांच्या उच्च गंज प्रतिकाराशी विरोधाभास करते. यानंतर, संसर्ग आणि जळजळ होण्याचा अंदाज लावता येतो, जो प्रामुख्याने स्टेनलेस स्टील बायोमटेरियलच्या पृष्ठभागावर बॅक्टेरियाच्या आसंजन आणि वसाहतीकरणामुळे होतो. बॅक्टेरियाच्या आसंजन आणि बायोफिल्म निर्मिती मार्गांशी संबंधित महत्त्वपूर्ण अडचणींमुळे महत्त्वपूर्ण अडचणी उद्भवू शकतात, ज्यामुळे आरोग्य बिघडू शकते, ज्याचे अनेक परिणाम होऊ शकतात जे थेट किंवा अप्रत्यक्षपणे मानवी आरोग्यावर परिणाम करू शकतात.
हा अभ्यास कुवेत फाउंडेशन फॉर द अॅडव्हान्समेंट ऑफ सायन्स (KFAS), करार क्रमांक २०१०-५५०४०१ द्वारे निधी प्राप्त प्रकल्पाचा पहिला टप्पा आहे, जो अँटीबॅक्टेरियल फिल्म/SUS304 पृष्ठभाग संरक्षण कोटिंगच्या उत्पादनासाठी MA तंत्रज्ञान (टेबल १) वापरून धातूच्या काचेच्या Cu-Zr-Ni टर्नरी पावडरचे उत्पादन करण्याची व्यवहार्यता तपासण्यासाठी आहे. जानेवारी २०२३ मध्ये सुरू होणाऱ्या प्रकल्पाच्या दुसऱ्या टप्प्यात, प्रणालीच्या इलेक्ट्रोकेमिकल गंज वैशिष्ट्यांचे आणि यांत्रिक गुणधर्मांचे तपशीलवार परीक्षण केले जाईल. वेगवेगळ्या जीवाणू प्रजातींसाठी तपशीलवार सूक्ष्मजीववैज्ञानिक चाचण्या केल्या जातील.
या पेपरमध्ये, आकारिकीय आणि संरचनात्मक वैशिष्ट्यांवर आधारित, Zr मिश्रधातू घटकांच्या काचेच्या निर्मिती क्षमतेवर (GFA) होणाऱ्या परिणामाची चर्चा केली आहे. याव्यतिरिक्त, लेपित धातूच्या काचेच्या पावडर कोटिंग/SUS304 कंपोझिटच्या बॅक्टेरियाच्या वाढीस प्रतिबंध करणारा पदार्थ गुणधर्मांवर देखील चर्चा करण्यात आली. शिवाय, बनावट धातूच्या काचेच्या प्रणालींच्या सबकूल्ड द्रव प्रदेशात थंड फवारणी दरम्यान होणाऱ्या धातूच्या काचेच्या पावडरच्या संरचनात्मक परिवर्तनाची शक्यता तपासण्यासाठी सध्याचे काम केले गेले आहे. प्रातिनिधिक उदाहरणे म्हणून, या अभ्यासात Cu50Zr30Ni20 आणि Cu50Zr20Ni30 धातूच्या काचेच्या मिश्रधातूंचा वापर करण्यात आला आहे.
या विभागात, कमी उर्जेच्या बॉल मिलिंगमध्ये मूलभूत Cu, Zr आणि Ni पावडरचे आकारिकीय बदल सादर केले आहेत. उदाहरणे म्हणून, Cu50Zr20Ni30 आणि Cu50Zr40Ni10 असलेल्या दोन भिन्न प्रणालींचा वापर प्रातिनिधिक उदाहरणे म्हणून केला जाईल. ग्राइंडिंग टप्प्यात तयार झालेल्या पावडरच्या मेटॅलोग्राफिक वैशिष्ट्यीकरणाद्वारे दर्शविल्याप्रमाणे, MA प्रक्रिया तीन भिन्न टप्प्यांमध्ये विभागली जाऊ शकते (आकृती 3).
बॉल मिलिंग वेळेच्या वेगवेगळ्या टप्प्यांनंतर मिळवलेल्या यांत्रिक मिश्रधातू (MA) पावडरची मेटॅलोग्राफिक वैशिष्ट्ये. 3, 12 आणि 50 तासांच्या कमी उर्जेच्या बॉल मिलिंग वेळेनंतर मिळवलेल्या MA आणि Cu50Zr40Ni10 पावडरच्या फील्ड एमिशन स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (FE-SEM) प्रतिमा Cu50Zr20Ni30 प्रणालीसाठी (a), (c) आणि (e) मध्ये दर्शविल्या आहेत, तर त्याच MA मध्ये वेळेनंतर घेतलेल्या Cu50Zr40Ni10 प्रणालीच्या संबंधित प्रतिमा (b), (d) आणि (f) मध्ये दर्शविल्या आहेत.
बॉल मिलिंग दरम्यान, धातूच्या पावडरमध्ये हस्तांतरित करता येणारी प्रभावी गतिज ऊर्जा आकृती 1a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे पॅरामीटर्सच्या संयोजनामुळे प्रभावित होते. यामध्ये गोळे आणि पावडरमधील टक्कर, ग्राइंडिंग माध्यमांमध्ये किंवा दरम्यान अडकलेल्या पावडरचे संकुचित कातरणे, पडणाऱ्या चेंडूंचा प्रभाव, हलत्या बॉल मिलिंग माध्यमांमध्ये पावडर ड्रॅगमुळे कातरणे आणि झीज होणे आणि क्रॉप लोडमधून पसरलेले पडणारे चेंडू (आकृती 1a) यांचा समावेश आहे. MA (3 h) च्या सुरुवातीच्या टप्प्यात कोल्ड वेल्डिंगमुळे एलिमेंटल Cu, Zr आणि Ni पावडर गंभीरपणे विकृत झाले होते, परिणामी मोठे पावडर कण (> 1 मिमी व्यास) तयार झाले. हे मोठे संमिश्र कण आकृती 3a,b मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे मिश्रधातू घटकांच्या जाड थरांच्या निर्मितीद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहेत. MA वेळ 12 h (मध्यवर्ती टप्प्यात) वाढवल्याने बॉल मिलची गतिज ऊर्जा वाढली, परिणामी संमिश्र पावडर बारीक पावडरमध्ये (200 µm पेक्षा कमी) विघटित झाली, जसे आकृती 3c,d मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे. या वेळी टप्प्यात, लागू केलेल्या कातरण्याच्या बलामुळे आकृती 3c, d मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, बारीक Cu, Zr, Ni संकेत थरांसह एक नवीन धातूचा पृष्ठभाग तयार होतो. थर शुद्धीकरणाच्या परिणामी, नवीन टप्पे निर्माण करण्यासाठी फ्लेक्सच्या इंटरफेसवर घन टप्प्यातील प्रतिक्रिया होतात.
एमए प्रक्रियेच्या कळसाच्या वेळी (५० तासांनंतर), फ्लॅकी मेटॅलोग्राफी फक्त किंचित दृश्यमान होती (आकृती ३ई, एफ), परंतु पावडरच्या पॉलिश केलेल्या पृष्ठभागावर मिरर मेटॅलोग्राफी दिसून आली. याचा अर्थ असा की एमए प्रक्रिया पूर्ण झाली आहे आणि एकाच अभिक्रिया टप्प्याची निर्मिती झाली आहे. आकृती ३ई (I, II, III), f, v, vi) मध्ये अनुक्रमित केलेल्या प्रदेशांची मूलभूत रचना फील्ड एमिशन स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (FE-SEM) आणि एनर्जी डिस्पर्सिव्ह एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) (IV) वापरून निश्चित केली गेली.
तक्ता २ मध्ये, मिश्रधातू घटकांची मूलभूत सांद्रता आकृती ३e,f मध्ये निवडलेल्या प्रत्येक प्रदेशाच्या एकूण वजनाच्या टक्केवारी म्हणून दर्शविली आहे. तक्ता १ मध्ये सूचीबद्ध केलेल्या Cu50Zr20Ni30 आणि Cu50Zr40Ni10 च्या सुरुवातीच्या नाममात्र रचनांशी या निकालांची तुलना करताना, हे दिसून येते की या दोन अंतिम उत्पादनांच्या रचनांमध्ये नाममात्र रचनांशी खूप समान मूल्ये आहेत. शिवाय, आकृती ३e,f मध्ये सूचीबद्ध केलेल्या प्रदेशांसाठी सापेक्ष घटक मूल्ये प्रत्येक नमुन्याच्या एका प्रदेशातून दुसऱ्या प्रदेशात रचनेत लक्षणीय बिघाड किंवा चढउतार दर्शवत नाहीत. एका प्रदेशातून दुसऱ्या प्रदेशात रचनेत कोणताही बदल होत नाही या वस्तुस्थितीवरून हे सिद्ध होते. तक्ता २ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, हे एकसंध मिश्रधातू पावडरच्या उत्पादनाकडे निर्देश करते.
आकृती 4a-d मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, अंतिम उत्पादन Cu50(Zr50−xNix) पावडरचे FE-SEM मायक्रोग्राफ 50 MA वेळा नंतर मिळाले, जिथे x अनुक्रमे 10, 20, 30 आणि 40 at.% आहे. या मिलिंग पायरीनंतर, व्हॅन डेर वाल्स परिणामामुळे पावडर एकत्रित होते, परिणामी आकृती 4 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे 73 ते 126 nm व्यासाचे अतिसूक्ष्म कण असलेले मोठे एकत्रित तयार होतात.
५० तासांच्या MA वेळेनंतर मिळवलेल्या Cu50(Zr50−xNix) पावडरची आकारशास्त्रीय वैशिष्ट्ये. Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40 प्रणालींसाठी, ५० MA वेळेनंतर मिळवलेल्या पावडरच्या FE-SEM प्रतिमा अनुक्रमे (a), (b), (c) आणि (d) मध्ये दाखवल्या आहेत.
पावडर कोल्ड स्प्रे फीडरमध्ये लोड करण्यापूर्वी, त्यांना प्रथम विश्लेषणात्मक ग्रेड इथेनॉलमध्ये १५ मिनिटे सोनिकेट केले गेले आणि नंतर १५०°C वर २ तास वाळवले गेले. कोटिंग प्रक्रियेदरम्यान अनेकदा अनेक महत्त्वपूर्ण समस्या निर्माण करणाऱ्या समूहाचा यशस्वीपणे सामना करण्यासाठी हे पाऊल उचलले पाहिजे. MA प्रक्रिया पूर्ण झाल्यानंतर, मिश्रधातू पावडरची एकरूपता तपासण्यासाठी पुढील वैशिष्ट्यीकरण केले गेले. आकृती ५a–d मध्ये अनुक्रमे ५० तासांच्या M वेळेनंतर मिळालेल्या Cu50Zr30Ni20 मिश्रधातूच्या Cu, Zr आणि Ni मिश्रधातू घटकांचे FE-SEM मायक्रोग्राफ आणि संबंधित EDS प्रतिमा दर्शविल्या आहेत. हे लक्षात घेतले पाहिजे की या चरणानंतर तयार होणारे मिश्रधातू पावडर एकसंध आहेत कारण ते आकृती ५ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे सब-नॅनोमीटर पातळीच्या पलीकडे कोणतेही रचनात्मक चढउतार दर्शवत नाहीत.
FE-SEM/ऊर्जा विखुरलेल्या एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) द्वारे ५० MA वेळा नंतर मिळवलेल्या MG Cu50Zr30Ni20 पावडरचे आकारशास्त्र आणि स्थानिक मूलद्रव्य वितरण. (a) (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα आणि (d) Ni-Kα प्रतिमांचे SEM आणि एक्स-रे EDS मॅपिंग.
५० तासांच्या MA वेळेनंतर मिळालेल्या यांत्रिकरित्या मिश्रित Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30 आणि Cu50Zr20Ni30 पावडरचे XRD नमुने अनुक्रमे आकृती 6a-d मध्ये दर्शविले आहेत. मिलिंगच्या या टप्प्यानंतर, वेगवेगळ्या Zr सांद्रता असलेल्या सर्व नमुन्यांमध्ये आकृती 6 मध्ये दर्शविलेल्या वैशिष्ट्यपूर्ण प्रभामंडल प्रसार नमुन्यांसह आकारहीन रचना दिसून आल्या.
MA वेळेच्या ५० तासांनंतर (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 आणि (d) Cu50Zr20Ni30 पावडरचे XRD नमुने. अपवाद वगळता सर्व नमुन्यांमध्ये प्रभामंडलाचा प्रसार नमुना दिसून आला, जो अनाकार टप्प्याची निर्मिती दर्शवितो.
वेगवेगळ्या MA वेळी बॉल मिलिंगमुळे होणाऱ्या पावडरच्या संरचनात्मक बदलांचे निरीक्षण करण्यासाठी आणि स्थानिक रचना समजून घेण्यासाठी फील्ड एमिशन हाय-रेझोल्यूशन ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (FE-HRTEM) चा वापर करण्यात आला. Cu50Zr30Ni20 आणि Cu50Zr40Ni10 पावडरसाठी मिलिंगच्या सुरुवातीच्या (6 तास) आणि मध्यवर्ती (18 तास) टप्प्यांनंतर मिळालेल्या पावडरच्या FE-HRTEM प्रतिमा अनुक्रमे आकृती 7a,c मध्ये दर्शविल्या आहेत. MA 6 तासांनंतर तयार झालेल्या पावडरच्या उज्ज्वल फील्ड इमेज (BFI) नुसार, पावडर fcc-Cu, hcp-Zr आणि fcc-Ni या घटकांच्या चांगल्या प्रकारे परिभाषित सीमांसह मोठ्या धान्यांपासून बनलेली आहे आणि आकृती 7a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, प्रतिक्रिया टप्पा तयार झाल्याचे कोणतेही चिन्ह नाही. शिवाय, (a) च्या मधल्या प्रदेशातून घेतलेल्या सहसंबंधित निवडलेल्या क्षेत्र विवर्तन पॅटर्न (SADP) ने cusp विवर्तन पॅटर्न (आकृती 7b) उघड केले, जे मोठ्या क्रिस्टलाइट्सची उपस्थिती आणि प्रतिक्रिया टप्पा नसणे दर्शवते.
सुरुवातीच्या (६ तास) आणि मध्यवर्ती (१८ तास) टप्प्यांनंतर मिळालेल्या MA पावडरचे स्थानिक संरचनात्मक वैशिष्ट्यीकरण. (a) फील्ड उत्सर्जन उच्च रिझोल्यूशन ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (FE-HRTEM), आणि (b) ६ तासांसाठी MA उपचारानंतर Cu50Zr30Ni20 पावडरचा संबंधित निवडलेला क्षेत्र विवर्तन नमुना (SADP). १८ तासांच्या MA वेळेनंतर मिळालेल्या Cu50Zr40Ni10 ची FE-HRTEM प्रतिमा (c) मध्ये दर्शविली आहे.
आकृती ७ क मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, एमए कालावधी १८ तासांपर्यंत वाढवल्याने प्लास्टिकच्या विकृतीसह गंभीर जाळी दोष निर्माण झाले. एमए प्रक्रियेच्या या मध्यवर्ती टप्प्यात, पावडर विविध दोष प्रदर्शित करते, ज्यामध्ये स्टॅकिंग फॉल्ट, जाळी दोष आणि बिंदू दोष (आकृती ७) यांचा समावेश आहे. या दोषांमुळे मोठे धान्य त्यांच्या धान्याच्या सीमांसह २० एनएम पेक्षा कमी आकाराच्या उपग्रेनमध्ये विभाजित होतात (आकृती ७ क).
३६ तास MA वेळेसाठी मिल्ड केलेल्या Cu50Z30Ni20 पावडरच्या स्थानिक रचनेत अनाकार सूक्ष्म मॅट्रिक्समध्ये एम्बेड केलेल्या अल्ट्राफाइन नॅनोग्रेन्सची निर्मिती असते, जसे की आकृती ८अ मध्ये दाखवले आहे. स्थानिक EDS विश्लेषणातून असे दिसून आले की आकृती ८अ मध्ये दाखवलेले नॅनोक्लस्टर प्रक्रिया न केलेल्या Cu, Zr आणि Ni पावडर मिश्रधातू घटकांशी संबंधित होते. त्याच वेळी, मॅट्रिक्सची Cu सामग्री ~३२ at.% (लीन एरिया) वरून ~७४ at.% (समृद्ध क्षेत्र) पर्यंत चढ-उतार झाली, जी विषम उत्पादनांची निर्मिती दर्शवते. शिवाय, या टप्प्यावर मिलिंग केल्यानंतर मिळवलेल्या पावडरचे संबंधित SADPs अनाकार टप्प्याचे प्रभामंडल-विसरणारे प्राथमिक आणि दुय्यम रिंग दर्शवितात, जे आकृती ८ब मध्ये दाखवल्याप्रमाणे त्या कच्च्या मिश्रधातू घटकांशी संबंधित तीक्ष्ण बिंदूंसह ओव्हरलॅप होतात.
३६ तास MA वेळेसाठी मिलिंग केल्यानंतर मिळालेल्या Cu50Zr30Ni20 पावडरच्या नॅनोस्केल स्थानिक संरचनात्मक वैशिष्ट्यांपेक्षा जास्त. (a) ब्राइट फील्ड इमेज (BFI) आणि संबंधित (b) Cu50Zr30Ni20 पावडरचा SADP.
MA प्रक्रियेच्या शेवटी (50 h), Cu50(Zr50−xNix), X; 10, 20, 30 आणि 40 at.% पावडरमध्ये आकृती 9a–d मध्ये दाखवल्याप्रमाणे नेहमीच एक चक्रव्यूहात्मक अनाकार अवस्था आकारविज्ञान असते. प्रत्येक रचनेच्या संबंधित SADP मध्ये, बिंदूसारखे विवर्तन किंवा तीक्ष्ण कंकणाकृती नमुने आढळू शकले नाहीत. हे सूचित करते की कोणताही प्रक्रिया न केलेला स्फटिकासारखे धातू उपस्थित नाही, तर एक अनाकार मिश्र धातु पावडर तयार होतो. अंतिम उत्पादन सामग्रीमध्ये अनाकार टप्प्यांच्या विकासासाठी पुरावा म्हणून हे सहसंबंधित SADP देखील वापरले गेले.
MG Cu50 (Zr50−xNix) प्रणालीच्या अंतिम उत्पादनाची स्थानिक रचना. (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 आणि (d) Cu50Zr10Ni40 चे FE-HRTEM आणि सहसंबंधित नॅनोबीम विवर्तन नमुने (NBDP) 50 तासांच्या MA नंतर प्राप्त झाले.
आकारहीन Cu50(Zr50−xNix) प्रणालीच्या Ni सामग्री (x) च्या कार्याप्रमाणे काचेच्या संक्रमण तापमान (Tg), सबकूल्ड द्रव प्रदेश (ΔTx) आणि क्रिस्टलायझेशन तापमान (Tx) ची थर्मल स्थिरता He वायू प्रवाहा अंतर्गत गुणधर्मांच्या विभेदक स्कॅनिंग कॅलरीमेट्री (DSC) वापरून तपासली गेली आहे. MA वेळेच्या 50 तासांनंतर मिळवलेल्या Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20 आणि Cu50Zr10Ni40 आकारहीन मिश्रधातू पावडरचे DSC ट्रेस अनुक्रमे आकृती 10a, b, e मध्ये दर्शविले आहेत. आकारहीन Cu50Zr20Ni30 चा DSC वक्र आकृती 10c मध्ये स्वतंत्रपणे दर्शविला आहे. दरम्यान, DSC मध्ये ~700 °C पर्यंत गरम केलेला Cu50Zr30Ni20 नमुना आकृती 10d मध्ये दर्शविला आहे.
काचेच्या संक्रमण तापमान (Tg), क्रिस्टलायझेशन तापमान (Tx) आणि सबकूल्ड द्रव प्रदेश (ΔTx) द्वारे अनुक्रमित केल्याप्रमाणे, 50 तासांच्या MA वेळेनंतर Cu50(Zr50−xNix) MG पावडरची थर्मल स्थिरता. 50 तासांच्या MA वेळेनंतर (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30 आणि (e) Cu50Zr10Ni40 MG मिश्र धातु पावडरचे डिफरेंशियल स्कॅनिंग कॅलरीमीटर (DSC) थर्मोग्राम. DSC मध्ये ~700 °C पर्यंत गरम केलेल्या Cu50Zr30Ni20 नमुन्याचा एक्स-रे डिफ्रॅक्शन (XRD) नमुना (d) मध्ये दर्शविला आहे.
आकृती १० मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, वेगवेगळ्या Ni सांद्रता (x) असलेल्या सर्व रचनांचे DSC वक्र दोन भिन्न प्रकरणे दर्शवतात, एक एंडोथर्मिक आणि दुसरी एक्झोथर्मिक. पहिली एंडोथर्मिक घटना Tg शी संबंधित आहे, तर दुसरी Tx शी संबंधित आहे. Tg आणि Tx मधील क्षैतिज स्पॅन प्रदेशाला सबकूल्ड लिक्विड प्रदेश (ΔTx = Tx – Tg) म्हणतात. परिणाम दर्शवितात की Cu50Zr40Ni10 नमुना (आकृती 10a) चे Tg आणि Tx, 526°C आणि 612°C वर ठेवलेले, अनुक्रमे 482°C आणि 563°C च्या कमी तापमानाच्या बाजूने सामग्री (x) 20 at.% वर हलवतात आणि Ni सामग्री (x) वाढवतात, आकृती १०b मध्ये दाखवल्याप्रमाणे. परिणामी, Cu50Zr40Ni10 चे ΔTx 86°C (आकृती 10a) वरून 81°C पर्यंत कमी होते. Cu50Zr30Ni20 (आकृती 10b). MG Cu50Zr40Ni10 मिश्रधातूसाठी, असेही आढळून आले की Tg, Tx आणि ΔTx ची मूल्ये 447°C, 526°C आणि 79°C पर्यंत कमी झाली (आकृती 10b). हे सूचित करते की Ni सामग्रीमध्ये वाढ झाल्यामुळे MG मिश्रधातूची थर्मल स्थिरता कमी होते. याउलट, MG Cu50Zr20Ni30 मिश्रधातूचे Tg मूल्य (507 °C) MG Cu50Zr40Ni10 मिश्रधातूपेक्षा कमी आहे; तरीही, त्याचे Tx पूर्वीच्या (612 °C) शी तुलनात्मक मूल्य दर्शवते. म्हणून, आकृती 10c मध्ये दाखवल्याप्रमाणे ΔTx जास्त मूल्य (87°C) प्रदर्शित करते.
MG Cu50(Zr50−xNix) प्रणाली, MG Cu50Zr20Ni30 मिश्रधातूचे उदाहरण घेऊन, fcc-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10 आणि orthorhombic-ZrNi (आकृती 10c) च्या क्रिस्टल टप्प्यांमध्ये तीक्ष्ण एक्झोथर्मिक शिखरातून स्फटिक बनते. या आकारहीन ते स्फटिकीय टप्प्यातील संक्रमणाची पुष्टी MG नमुन्याच्या XRD (आकृती 10d) द्वारे झाली, जी DSC मध्ये 700 °C पर्यंत गरम केली गेली.
आकृती ११ मध्ये सध्याच्या कामात केलेल्या थंड फवारणी प्रक्रियेदरम्यान घेतलेले फोटो दाखवले आहेत. या अभ्यासात, ५० ​​तासांच्या MA वेळेनंतर (उदाहरणार्थ Cu50Zr20Ni30 घेतल्यास) संश्लेषित केलेले धातूचे काचेसारखे पावडर कण बॅक्टेरियाविरोधी कच्चा माल म्हणून वापरले गेले आणि स्टेनलेस स्टील प्लेट (SUS304) थंड फवारणी तंत्रज्ञानाने लेपित केली गेली. थर्मल स्प्रे तंत्रज्ञान मालिकेत कोटिंगसाठी थंड फवारणी पद्धत निवडण्यात आली कारण ती थर्मल स्प्रे मालिकेतील सर्वात कार्यक्षम पद्धत आहे आणि ती धातूच्या मेटास्टेबल तापमान संवेदनशील पदार्थांसाठी वापरली जाऊ शकते जसे की अनाकार आणि नॅनोक्रिस्टलाइन पावडर, जे फेज ट्रान्झिशन्सच्या अधीन नाहीत. ही पद्धत निवडण्यात हा मुख्य घटक आहे. थंड फवारणी प्रक्रिया उच्च-वेगाच्या कणांचा वापर करून केली जाते जे कणांच्या गतिज उर्जेचे रूपांतर प्लास्टिक विकृती, ताण आणि सब्सट्रेट किंवा पूर्वी जमा केलेल्या कणांशी आघात झाल्यावर उष्णतेमध्ये करतात.
फील्ड फोटोंमध्ये ५५० °C तापमानावर MG कोटिंग/SUS 304 च्या सलग पाच तयारींसाठी वापरल्या जाणाऱ्या थंड फवारणी प्रक्रियेचे दर्शन घडते.
कणांची गतिज ऊर्जा, आणि अशा प्रकारे आवरण निर्मितीमधील प्रत्येक कणाची गती, प्लास्टिक विकृती (सब्सट्रेटमध्ये प्रारंभिक कण आणि कण-कण परस्परसंवाद आणि कण परस्परसंवाद), रिक्तता एकत्रीकरण, कण-कण रोटेशन, ताण आणि शेवटी उष्णता 39. यासारख्या यंत्रणांद्वारे उर्जेच्या इतर स्वरूपात रूपांतरित करणे आवश्यक आहे. शिवाय, जर सर्व येणारी गतिज ऊर्जा उष्णता आणि ताण उर्जेमध्ये रूपांतरित झाली नाही, तर त्याचा परिणाम लवचिक टक्कर होतो, ज्याचा अर्थ असा होतो की कण फक्त आघातानंतर परत येतात. हे निदर्शनास आणून दिले आहे की कण/सब्सट्रेट मटेरियलवर लागू केलेल्या प्रभाव उर्जेपैकी 90% स्थानिक उष्णतेमध्ये रूपांतरित होते 40. शिवाय, जेव्हा प्रभाव ताण लागू केला जातो, तेव्हा संपर्क कण/सब्सट्रेट प्रदेशात उच्च प्लास्टिक ताण दर खूप कमी वेळेत प्राप्त होतात41,42.
प्लास्टिकचे विकृतीकरण ही सामान्यतः ऊर्जेच्या अपव्ययाची प्रक्रिया मानली जाते, किंवा अधिक स्पष्टपणे, इंटरफेशियल प्रदेशात उष्णता स्त्रोत मानली जाते. तथापि, इंटरफेशियल प्रदेशात तापमानात वाढ ही सहसा इंटरफेशियल वितळण्यासाठी किंवा अणु इंटरडिफ्यूजनला लक्षणीयरीत्या चालना देण्यासाठी पुरेशी नसते. लेखकांना ज्ञात असलेले कोणतेही प्रकाशन कोल्ड स्प्रे पद्धती वापरताना पावडर आसंजन आणि निक्षेपणावर या धातूच्या काचेच्या पावडरच्या गुणधर्मांचा परिणाम तपासत नाही.
MG Cu50Zr20Ni30 मिश्रधातू पावडरचा BFI आकृती 12a मध्ये दिसतो, जो SUS 304 सब्सट्रेटवर लेपित होता (आकृती 11, 12b). आकृतीवरून पाहिल्याप्रमाणे, लेपित पावडर त्यांची मूळ आकारहीन रचना राखतात कारण त्यांच्याकडे कोणत्याही स्फटिकीय वैशिष्ट्यांशिवाय किंवा जाळीच्या दोषांशिवाय नाजूक भूलभुलैया रचना असते. दुसरीकडे, MG-लेपित पावडर मॅट्रिक्समध्ये समाविष्ट केलेल्या नॅनोपार्टिकल्सद्वारे सूचित केल्याप्रमाणे प्रतिमा बाह्य टप्प्याची उपस्थिती दर्शवते (आकृती 12a). आकृती 12c मध्ये प्रदेश I (आकृती 12a) शी संबंधित अनुक्रमित नॅनोबीम विवर्तन नमुना (NBDP) दर्शविला आहे. आकृती 12c मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, NBDP आकारहीन संरचनेचा कमकुवत प्रभामंडल प्रसार नमुना प्रदर्शित करतो आणि स्फटिकीय मोठ्या घन Zr2Ni मेटास्टेबल प्लस टेट्रागोनल CuO टप्प्याशी संबंधित तीक्ष्ण पॅचसह सहअस्तित्वात असतो. स्प्रे गनच्या नोजलपासून SUS 304 मध्ये प्रवास करताना पावडरच्या ऑक्सिडेशनमुळे CuO ची निर्मिती होऊ शकते. सुपरसोनिक प्रवाहाखाली खुली हवा. दुसरीकडे, धातूच्या काचेच्या पावडरच्या विचलनामुळे ५५० डिग्री सेल्सिअस तापमानावर ३० मिनिटे थंड फवारणी केल्यानंतर मोठ्या घन टप्प्यांची निर्मिती झाली.
(a) (b) SUS 304 सब्सट्रेट (आकृतीचा इनसेट) वर लेपित केलेल्या MG पावडरची FE-HRTEM प्रतिमा. (a) मध्ये दर्शविलेल्या वर्तुळाकार चिन्हाचा निर्देशांक NBDP (c) मध्ये दर्शविला आहे.
मोठ्या घन Zr2Ni नॅनोपार्टिकल्सच्या निर्मितीसाठी ही संभाव्य यंत्रणा पडताळण्यासाठी, एक स्वतंत्र प्रयोग करण्यात आला. या प्रयोगात, पावडर एका स्प्रे गनमधून 550 °C वर SUS 304 सब्सट्रेटच्या दिशेने फवारण्यात आल्या; तथापि, पावडरचा अ‍ॅनिलिंग प्रभाव स्पष्ट करण्यासाठी, ते शक्य तितक्या लवकर (सुमारे 60 सेकंद) SUS304 स्ट्रिपमधून काढून टाकण्यात आले. आणखी एक प्रयोग करण्यात आला ज्यामध्ये जमा झाल्यानंतर सुमारे 180 सेकंदांनी सब्सट्रेटमधून पावडर काढून टाकण्यात आली.
आकृती १३अ,ब मध्ये अनुक्रमे ६० सेकंद आणि १८० सेकंदांसाठी SUS ३०४ सब्सट्रेट्सवर जमा केलेल्या दोन स्प्रे केलेल्या पदार्थांच्या ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (STEM) स्कॅन करून मिळवलेल्या डार्क फील्ड इमेजेस (DFI) दाखवल्या आहेत. ६० सेकंदांसाठी जमा केलेल्या पावडर इमेजमध्ये कोणतेही मॉर्फोलॉजिकल तपशील नाहीत, जे वैशिष्ट्यहीनता दर्शवितात (आकृती १३अ). XRD द्वारे देखील याची पुष्टी करण्यात आली, ज्याने दर्शविले की या पावडरची सामान्य रचना आकारहीन होती, जसे की आकृती १४अ मध्ये दर्शविलेल्या विस्तृत प्राथमिक आणि दुय्यम विवर्तन मॅक्सिमा द्वारे दर्शविले आहे. हे मेटास्टेबल/मेसोफेज पर्जन्यमानाची अनुपस्थिती दर्शविते, जिथे पावडर त्याची मूळ आकारहीन रचना टिकवून ठेवते. याउलट, त्याच तापमानावर (५५० °C) फवारलेल्या पावडरने, परंतु १८० सेकंदांसाठी सब्सट्रेटवर सोडल्याप्रमाणे, नॅनो-आकाराच्या धान्यांचा पर्जन्यमान दर्शविला, जसे की आकृती १३ब मधील बाणांनी दर्शविले आहे.