Grazzi talli żort Nature.com.Il-verżjoni tal-browser li qed tuża għandha appoġġ limitat għal CSS.Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aġġornat (jew tiddiżattiva l-Modalità ta' Kompatibbiltà fl-Internet Explorer).Sadanittant, biex niżguraw appoġġ kontinwu, aħna se nirrendu s-sit mingħajr stili u JavaScript.
Il-bijofilms huma komponent importanti fl-iżvilupp ta 'infezzjonijiet kroniċi, speċjalment meta niġu għall-apparat mediku.Din il-problema tippreżenta sfida kbira lill-komunità medika, peress li l-antibijotiċi standard jistgħu jeqirdu l-bijofilms biss sa ċertu punt limitat ħafna.Il-prevenzjoni tal-formazzjoni tal-bijofilm wasslet għall-iżvilupp ta 'diversi metodi ta' kisi u materjali ġodda.Dawn it-tekniki għandhom l-għan li jiksu l-uċuħ b'mod li jipprevjeni l-formazzjoni tal-bijofilm.Ligi tal-metall vitruż, speċjalment dawk li fihom metalli tar-ram u tat-titanju, saru kisjiet antimikrobiċi ideali.Fl-istess ħin, l-użu tat-teknoloġija tal-isprej kiesaħ żdied peress li huwa metodu adattat għall-ipproċessar ta 'materjali sensittivi għat-temperatura.Parti mill-għan ta 'din ir-riċerka kienet li tiżviluppa ħġieġ metalliku ta' film antibatteriku ġdid magħmul minn ternarju Cu-Zr-Ni bl-użu ta 'tekniki ta' liga mekkanika.It-trab sferiku li jifforma l-prodott finali jintuża bħala materja prima għall-bexx kiesaħ ta 'uċuħ ta' l-istainless steel f'temperaturi baxxi.Sostrati miksija bil-ħġieġ tal-metall kienu kapaċi jnaqqsu b'mod sinifikanti l-formazzjoni tal-bijofilm b'mill-inqas log 1 meta mqabbla ma 'l-istainless steel.
Matul l-istorja tal-bniedem, kwalunkwe soċjetà kienet kapaċi tiżviluppa u tippromwovi l-introduzzjoni ta 'materjali ġodda biex tissodisfa r-rekwiżiti speċifiċi tagħha, li tirriżulta f'żieda fil-produttività u fil-klassifikazzjoni f'ekonomija globalizzata1.Dejjem ġie attribwit għall-abbiltà umana li jiddisinja materjali u tagħmir tal-manifattura, kif ukoll disinji biex jimmanifatturaw u jikkaratterizzaw materjali biex jinkisbu saħħa, edukazzjoni, industrija, ekonomija, kultura u oqsma oħra minn pajjiż jew reġjun għal ieħor.Il-progress jitkejjel irrispettivament mill-pajjiż jew ir-reġjun2.Għal 60 sena, ix-xjenzati tal-materjali ddedikaw ħafna ħin għal kompitu ewlieni wieħed: it-tfittxija għal materjali ġodda u avvanzati.Riċerka reċenti ffukat fuq it-titjib tal-kwalità u l-prestazzjoni ta 'materjali eżistenti, kif ukoll is-sintetizzar u l-invenzjoni ta' tipi kompletament ġodda ta 'materjali.
Iż-żieda ta 'elementi ta' liga, il-modifika tal-mikrostruttura tal-materjal u l-applikazzjoni ta 'metodi ta' trattament termali, mekkaniċi jew termomekkaniċi wasslu għal titjib sinifikanti fil-proprjetajiet mekkaniċi, kimiċi u fiżiċi ta 'diversi materjali.Barra minn hekk, komposti s'issa mhux magħrufa ġew sintetizzati b'suċċess.Dawn l-isforzi persistenti taw lok għal familja ġdida ta’ materjali innovattivi magħrufa kollettivament bħala Advanced Materials2.Nanokristalli, nanopartiċelli, nanotubi, tikek quantum, nuċċalijiet metalliċi amorfu ta 'dimensjoni żero, u ligi ta' entropija għolja huma biss xi eżempji ta 'materjali avvanzati li dehru fid-dinja minn nofs l-aħħar seklu.Fil-manifattura u l-iżvilupp ta 'ligi ġodda bi proprjetajiet imtejba, kemm fil-prodott finali kif ukoll fl-istadji intermedji tal-produzzjoni tiegħu, il-problema ta' żbilanċ spiss tiżdied.Bħala riżultat tal-introduzzjoni ta 'tekniki ġodda ta' manifattura li jippermettu devjazzjonijiet sinifikanti mill-ekwilibriju, ġiet skoperta klassi ġdida sħiħa ta 'ligi metastabbli, magħrufa bħala ħġieġ metalliku.
Ix-xogħol tiegħu f'Caltech fl-1960 irrevoluzzjona l-kunċett ta 'ligi tal-metall meta sintetizza Au-25 at.% Si ligi tal-ħġieġ billi jissolidifikaw malajr likwidi bi kważi miljun grad kull sekonda.4 L-iskoperta tal-Professur Paul Duves mhux biss immarkat il-bidu tal-ħġieġ tal-metall tal-istorja (MS), iżda wasslet ukoll għal bidla fil-paradigma fil-mod kif in-nies jaħsbu dwar il-ligi tal-metall.Mill-ewwel riċerka pijuniera fis-sintesi tal-ligi tal-MS, kważi l-ħġieġ metalliku kollu nkiseb kompletament permezz ta’ wieħed mill-metodi li ġejjin: (i) solidifikazzjoni mgħaġġla tat-tidwib jew fwar, (ii) diżordni tal-kannizzata atomika, (iii) reazzjonijiet ta’ amorfizzazzjoni fi stat solidu bejn elementi metalliċi puri u (iv) tranżizzjonijiet ta’ fażi solida ta’ fażijiet metastabbli.
L-MGs huma distinti min-nuqqas ta 'ordni atomiku fuq medda twila assoċjati ma' kristalli, li hija karatteristika li tiddefinixxi l-kristalli.Fid-dinja moderna, sar progress kbir fil-qasam tal-ħġieġ metalliku.Dawn huma materjali ġodda bi proprjetajiet interessanti li huma ta 'interess mhux biss għall-fiżika tal-istat solidu, iżda wkoll għall-metallurġija, il-kimika tal-wiċċ, it-teknoloġija, il-bijoloġija, u ħafna oqsma oħra.Dan it-tip ġdid ta 'materjal għandu proprjetajiet li huma differenti minn metalli iebsin, li jagħmilha kandidat interessanti għal applikazzjonijiet teknoloġiċi f'varjetà ta' oqsma.Għandhom xi proprjetajiet importanti: (i) duttilità mekkanika għolja u saħħa ta 'rendiment, (ii) permeabilità manjetika għolja, (iii) koerċività baxxa, (iv) reżistenza għall-korrużjoni mhux tas-soltu, (v) indipendenza tat-temperatura.Konduttività 6.7.
Ligi mekkaniċi (MA)1,8 huwa metodu relattivament ġdid, introdott għall-ewwel darba fl-19839 mill-Prof. KK Kok u l-kollegi tiegħu.Huma pproduċew trabijiet amorfu Ni60Nb40 billi tħin taħlita ta 'elementi puri f'temperatura ambjentali qrib ħafna tat-temperatura tal-kamra.Tipikament, ir-reazzjoni MA titwettaq bejn it-twaħħil tad-diffużjoni ta 'trabijiet reagent f'reattur, ġeneralment magħmul minn azzar li ma jissaddadx, f'mitħna tal-ballun.10 (Fig. 1a, b).Minn dakinhar, dan il-metodu ta 'reazzjoni ta' stat solidu indott mekkanikament intuża biex jipprepara trabijiet ġodda ta 'liga tal-ħġieġ amorfu/metalliku bl-użu ta' imtieħen tal-ballun ta 'enerġija baxxa (Fig. 1c) u għolja u imtieħen tal-vireg11,12,13,14,15,16.B'mod partikolari, dan il-metodu intuża biex jipprepara sistemi li ma jitħalltux bħal Cu-Ta17 kif ukoll ligi ta 'punt ta' tidwib għoli bħal metall ta 'tranżizzjoni Al (TM, Zr, Hf, Nb u Ta)18,19 u sistemi Fe-W20., li ma jistgħux jinkisbu bl-użu ta 'metodi ta' tisjir konvenzjonali.Barra minn hekk, MA hija meqjusa bħala waħda mill-aktar għodod nanoteknoloġiċi b'saħħithom għall-produzzjoni fuq skala industrijali ta 'partiċelli ta' trab nanokristallini u nanokomposti ta 'ossidi tal-metall, karburi, nitridi, idruri, nanotubi tal-karbonju, nanodjamanti, kif ukoll stabbilizzazzjoni wiesgħa bl-użu ta' approċċ minn fuq għal isfel.1 u stadji metastabbli.
Skematika li turi l-metodu ta 'fabbrikazzjoni użat biex jipprepara l-kisi tal-ħġieġ metalliku Cu50(Zr50-xNix)/SUS 304 f'dan l-istudju.(a) Preparazzjoni ta 'trab tal-liga MC b'diversi konċentrazzjonijiet ta' Ni x (x; 10, 20, 30, u 40 at.%) bl-użu tal-metodu tat-tħin tal-ballun b'enerġija baxxa.(a) Il-materjal tal-bidu jitgħabba f'ċilindru tal-għodda flimkien ma' blalen tal-azzar tal-għodda u (b) issiġillat f'kaxxa tal-ingwanti mimlija atmosfera He.(c) Mudell trasparenti tar-reċipjent tat-tħin li juri l-moviment tal-ballun waqt it-tħin.Il-prodott tat-trab finali miksub wara 50 siegħa intuża biex jiksi sprej kiesaħ is-sottostrat SUS 304 (d).
Meta niġu għall-uċuħ tal-materjal bl-ingrossa (sottostrati), l-inġinerija tal-wiċċ tinvolvi d-disinn u l-modifika ta 'uċuħ (sottostrati) biex jipprovdu ċerti proprjetajiet fiżiċi, kimiċi u tekniċi li mhumiex preżenti fil-materjal bl-ingrossa oriġinali.Uħud mill-proprjetajiet li jistgħu jitjiebu b'mod effettiv permezz ta 'trattament tal-wiċċ jinkludu brix, ossidazzjoni u reżistenza għall-korrużjoni, koeffiċjent ta' frizzjoni, bijoinertness, proprjetajiet elettriċi u insulazzjoni termali, biex insemmu biss ftit.Il-kwalità tal-wiċċ tista 'tittejjeb b'metodi metallurġiċi, mekkaniċi jew kimiċi.Bħala proċess magħruf sew, il-kisi huwa sempliċement definit bħala saff wieħed jew aktar ta 'materjal applikat artifiċjalment fuq il-wiċċ ta' oġġett bl-ingrossa (sottostrat) magħmul minn materjal ieħor.Għalhekk, il-kisi jintuża parzjalment biex jinkisbu proprjetajiet tekniċi jew dekorattivi mixtieqa, kif ukoll biex jipproteġu l-materjali minn interazzjonijiet kimiċi u fiżiċi mistennija mal-ambjent23.
Jistgħu jintużaw varjetà ta 'metodi u tekniki biex jiġu applikati saffi protettivi xierqa minn ftit mikrometri (taħt 10-20 mikrometri) għal aktar minn 30 mikrometru jew saħansitra diversi millimetri fi ħxuna.B'mod ġenerali, il-proċessi tal-kisi jistgħu jinqasmu f'żewġ kategoriji: (i) metodi ta 'kisi imxarrab, inklużi electroplating, electroplating, u galvanizzazzjoni bis-sħana, u (ii) metodi ta' kisi niexef, inkluż issaldjar, hardfacing, depożizzjoni fiżika tal-fwar (PVD).), depożizzjoni kimika tal-fwar (CVD), tekniki ta 'sprej termali, u aktar reċentement tekniki ta' sprej kiesaħ 24 (Figura 1d).
Il-bijofilms huma definiti bħala komunitajiet mikrobjali li huma mwaħħla b'mod irriversibbli ma 'uċuħ u mdawra minn polimeri extraċellulari (EPS) prodotti minnha stess.Il-formazzjoni ta 'bijofilm superfiċjalment matur tista' twassal għal telf sinifikanti f'ħafna industriji, inkluż l-ipproċessar tal-ikel, sistemi tal-ilma u kura tas-saħħa.Fil-bnedmin, bil-formazzjoni ta 'bijofilms, aktar minn 80% tal-każijiet ta' infezzjonijiet mikrobjali (inklużi Enterobacteriaceae u Staphylococci) huma diffiċli biex jiġu ttrattati.Barra minn hekk, bijofilms maturi ġew irrappurtati li huma 1000 darba aktar reżistenti għat-trattament antibijotiku meta mqabbla ma 'ċelluli batteriċi planktoniċi, li hija meqjusa bħala sfida terapewtika kbira.Storikament, intużaw materjali tal-kisi tal-wiċċ antimikrobiċi derivati ​​minn komposti organiċi komuni.Għalkemm materjali bħal dawn ħafna drabi jkun fihom komponenti tossiċi potenzjalment ta 'ħsara għall-bnedmin,25,26 dan jista' jgħin biex tiġi evitata t-trażmissjoni batterjali u d-degradazzjoni tal-materjal.
Ir-reżistenza batterika mifruxa għat-trattament antibijotiku minħabba l-formazzjoni tal-bijofilm wasslet għall-ħtieġa li jiġi żviluppat wiċċ miksi b'membrana antimikrobika effettiva li tista 'tiġi applikata b'mod sikur27.L-iżvilupp ta’ wiċċ fiżiku jew kimiku anti-adeżiv li miegħu ċ-ċelloli batteriċi ma jistgħux jorbtu u jiffurmaw bijofilms minħabba l-adeżjoni huwa l-ewwel approċċ f’dan il-proċess27.It-tieni teknoloġija hija li tiżviluppa kisjiet li jwasslu kimiċi antimikrobiċi eżattament fejn huma meħtieġa, fi kwantitajiet ikkonċentrati ħafna u mfassla apposta.Dan jinkiseb permezz tal-iżvilupp ta 'materjali ta' kisi uniċi bħal graphene/germanium28, djamant iswed29 u kisjiet tal-karbonju simili djamanti drogati ZnO30 li huma reżistenti għall-batterja, teknoloġija li timmassimizza l-iżvilupp ta 'tossiċità u reżistenza minħabba l-formazzjoni tal-bijofilm.Barra minn hekk, kisjiet li fihom kimiċi ġermiċidali li jipprovdu protezzjoni fit-tul kontra l-kontaminazzjoni batterjali qed isiru dejjem aktar popolari.Filwaqt li t-tliet proċeduri huma kapaċi jeżerċitaw attività antimikrobika fuq uċuħ miksija, kull waħda għandha s-sett ta 'limitazzjonijiet tagħha li għandhom jiġu kkunsidrati meta tiġi żviluppata strateġija ta' applikazzjoni.
Il-prodotti bħalissa fis-suq huma mxekkla min-nuqqas ta 'ħin biex janalizzaw u jittestjaw kisjiet protettivi għal ingredjenti bijoloġikament attivi.Il-kumpaniji jsostnu li l-prodotti tagħhom se jipprovdu lill-utenti bl-aspetti funzjonali mixtieqa, madankollu, dan sar ostaklu għas-suċċess tal-prodotti bħalissa fis-suq.Il-komposti derivati ​​mill-fidda jintużaw fil-maġġoranza l-kbira tal-antimikrobiċi attwalment disponibbli għall-konsumaturi.Dawn il-prodotti huma ddisinjati biex jipproteġu lill-utenti minn espożizzjoni potenzjalment ta 'ħsara għall-mikro-organiżmi.L-effett antimikrobiku mdewwem u t-tossiċità assoċjata tal-komposti tal-fidda jżidu l-pressjoni fuq ir-riċerkaturi biex jiżviluppaw alternattiva inqas ta 'ħsara36,37.Il-ħolqien ta 'kisja antimikrobika globali li taħdem ġewwa u barra tibqa' sfida.Dan jiġi ma' riskji assoċjati għas-saħħa u s-sigurtà.L-iskoperta ta’ aġent antimikrobiku li jagħmel inqas ħsara lill-bnedmin u li wieħed isib kif jiġi inkorporat fis-sottostrati tal-kisi b’ħajja itwal fuq l-ixkaffa huwa għan imfittex ħafna38.L-aħħar materjali antimikrobiċi u antibiofilm huma ddisinjati biex joqtlu l-batterji mill-qrib jew b'kuntatt dirett jew wara r-rilaxx tal-aġent attiv.Jistgħu jagħmlu dan billi jinibixxu l-adeżjoni batterjali inizjali (inkluż il-prevenzjoni tal-formazzjoni ta 'saff ta' proteina fuq il-wiċċ) jew billi joqtlu l-batterja billi jinterferixxu mal-ħajt taċ-ċellula.
Essenzjalment, il-kisi tal-wiċċ huwa l-proċess ta 'applikazzjoni ta' saff ieħor fuq il-wiċċ ta 'komponent biex ittejjeb il-karatteristiċi tal-wiċċ.L-iskop ta' kisi tal-wiċċ huwa li jbiddel il-mikrostruttura u/jew il-kompożizzjoni tar-reġjun qrib il-wiċċ ta' komponent39.Il-metodi tal-kisi tal-wiċċ jistgħu jinqasmu f'metodi differenti, li huma miġbura fil-qosor f'Fig. 2a.Il-kisjiet jistgħu jinqasmu f'kategoriji termali, kimiċi, fiżiċi u elettrokimiċi skont il-metodu użat biex jinħoloq il-kisi.
(a) Daħla li turi t-tekniki ewlenin tal-fabbrikazzjoni tal-wiċċ, u (b) vantaġġi u żvantaġġi magħżula tal-metodu tal-isprej kiesaħ.
It-teknoloġija tal-isprej kiesaħ għandha ħafna komuni mat-tekniki tradizzjonali tal-isprej termali.Madankollu, hemm ukoll xi proprjetajiet fundamentali ewlenin li jagħmlu l-proċess tal-isprej kiesaħ u l-materjali tal-isprej kiesaħ partikolarment uniċi.It-teknoloġija tal-isprej kiesaħ għadha fil-bidu tagħha, iżda għandha futur kbir.F'xi każijiet, il-proprjetajiet uniċi tal-bexx kiesaħ joffru benefiċċji kbar, u jegħlbu l-limitazzjonijiet tat-tekniki tal-bexx termali konvenzjonali.Jegħleb il-limitazzjonijiet sinifikanti tat-teknoloġija tradizzjonali tal-isprej termali, li fiha t-trab irid jiġi mdewweb biex jiġi depożitat fuq sottostrat.Ovvjament, dan il-proċess ta 'kisi tradizzjonali mhuwiex adattat għal materjali sensittivi ħafna għat-temperatura bħal nanokristalli, nanopartiċelli, ħġieġ amorfu u metalliku40, 41, 42. Barra minn hekk, materjali tal-kisi tal-isprej termali dejjem għandhom livell għoli ta' porożità u ossidi.It-teknoloġija tal-isprej kiesaħ għandha ħafna vantaġġi sinifikanti fuq it-teknoloġija tal-isprej termali, bħal (i) input minimu tas-sħana lis-sottostrat, (ii) flessibilità fl-għażla tal-kisi tas-sottostrat, (iii) l-ebda trasformazzjoni tal-fażi u tkabbir tal-qamħ, (iv) saħħa adeżiva għolja1 .39 (Fig. 2b).Barra minn hekk, materjali tal-kisi tal-isprej kiesaħ għandhom reżistenza għolja għall-korrużjoni, saħħa u ebusija għolja, konduttività elettrika għolja u densità għolja41.Minkejja l-vantaġġi tal-proċess tal-isprej kiesaħ, dan il-metodu għad għandu xi żvantaġġi, kif muri fil-Figura 2b.Meta kisi trab taċ-ċeramika pur bħal Al2O3, TiO2, ZrO2, WC, eċċ., il-metodu tal-isprej kiesaħ ma jistax jintuża.Min-naħa l-oħra, trabijiet komposti taċ-ċeramika/metall jistgħu jintużaw bħala materja prima għall-kisi.L-istess jgħodd għal metodi oħra ta 'bexx termali.Uċuħ diffiċli u interjuri tal-pajpijiet għadhom diffiċli biex jiġu sprejjati.
Meta wieħed iqis li x-xogħol preżenti huwa dirett għall-użu ta 'trabijiet tal-vitri metalliċi bħala materjali tal-bidu għall-kisi, huwa ċar li l-bexx termali konvenzjonali ma jistax jintuża għal dan il-għan.Dan huwa dovut għall-fatt li trabijiet tal-vitri metalliċi jikkristallizzaw f'temperaturi għoljin1.
Ħafna mill-istrumenti użati fl-industriji mediċi u tal-ikel huma magħmula minn ligi tal-istainless steel awstenitiku (SUS316 u SUS304) b'kontenut ta 'kromju ta' 12 sa 20% wt. għall-produzzjoni ta 'strumenti kirurġiċi.Huwa ġeneralment aċċettat li l-użu tal-metall tal-kromju bħala element tal-liga fil-ligi tal-azzar jista 'jtejjeb b'mod sinifikanti r-reżistenza għall-korrużjoni tal-ligi tal-azzar standard.Ligi ta 'l-istainless steel, minkejja r-reżistenza għolja għall-korrużjoni tagħhom, m'għandhomx proprjetajiet antimikrobiċi sinifikanti38,39.Dan jikkuntrasta mar-reżistenza għolja għall-korrużjoni tagħhom.Wara dan, huwa possibbli li wieħed ibassar l-iżvilupp ta 'infezzjoni u infjammazzjoni, li huma prinċipalment dovuti għal adeżjoni batterjali u kolonizzazzjoni fuq il-wiċċ tal-bijomaterjali tal-istainless steel.Jistgħu jinqalgħu diffikultajiet sinifikanti minħabba d-diffikultajiet sinifikanti assoċjati ma 'mogħdijiet ta' adeżjoni batterjali u formazzjoni ta 'bijofilm, li jistgħu jwasslu għal saħħa ħażina, li jista' jkollha ħafna konsegwenzi li jistgħu jaffettwaw direttament jew indirettament is-saħħa tal-bniedem.
Dan l-istudju huwa l-ewwel fażi ta’ proġett iffinanzjat mill-Kuwajt Foundation for the Advancement of Science (KFAS), kuntratt Nru.2010-550401, biex tinvestiga l-fattibilità li tipproduċi trabijiet ternarji tal-ħġieġ metalliku Cu-Zr-Ni bl-użu tat-teknoloġija MA (tabella).1) Għall-produzzjoni ta 'film/kisi ta' protezzjoni tal-wiċċ antibatteriku SUS304.It-tieni fażi tal-proġett, li għandha tibda f'Jannar 2023, se tistudja fid-dettall il-karatteristiċi tal-korrużjoni galvanika u l-proprjetajiet mekkaniċi tas-sistema.Se jsiru testijiet mikrobijoloġiċi dettaljati għal diversi tipi ta' batterji.
Dan l-artikolu jiddiskuti l-effett tal-kontenut ta 'liga ta' Zr fuq il-ħila li tifforma l-ħġieġ (GFA) ibbażata fuq karatteristiċi morfoloġiċi u strutturali.Barra minn hekk, ġew diskussi wkoll il-proprjetajiet antibatteriċi tal-ħġieġ tal-metall miksi bit-trab/SUS304 kompost.Barra minn hekk, sar xogħol kontinwu biex tiġi investigata l-possibbiltà ta 'trasformazzjoni strutturali ta' trab tal-ħġieġ metalliku li sseħħ waqt bexx kiesaħ fir-reġjun likwidu supercooled ta 'sistemi tal-ħġieġ metalliku fabbrikat.Ligi tal-ħġieġ metalliku Cu50Zr30Ni20 u Cu50Zr20Ni30 intużaw bħala eżempji rappreżentattivi f'dan l-istudju.
Din it-taqsima tippreżenta l-bidliet morfoloġiċi fit-trabijiet ta 'Cu, Zr u Ni elementali waqt it-tħin tal-ballun b'enerġija baxxa.Żewġ sistemi differenti li jikkonsistu minn Cu50Zr20Ni30 u Cu50Zr40Ni10 se jintużaw bħala eżempji illustrattivi.Il-proċess MA jista 'jinqasam fi tliet stadji separati, kif muri mill-karatterizzazzjoni metallografika tat-trab miksub fl-istadju tat-tħin (Fig. 3).
Karatteristiċi metallografiċi ta 'trabijiet ta' ligi mekkaniċi (MA) miksuba wara diversi stadji tat-tħin tal-ballun.L-immaġini tal-mikroskopija elettronika tal-iskannjar tal-emissjoni tal-kamp (FE-SEM) ta 'trabijiet MA u Cu50Zr40Ni10 miksuba wara tħin bil-ballun ta' enerġija baxxa għal 3, 12 u 50 siegħa huma murija f'(a), (c) u (e) għas-sistema Cu50Zr20Ni30, filwaqt li fuq l-istess MA.L-immaġini korrispondenti tas-sistema Cu50Zr40Ni10 meħuda wara ż-żmien huma murija f'(b), (d), u (f).
Waqt it-tħin tal-ballun, l-enerġija kinetika effettiva li tista 'tiġi trasferita għat-trab tal-metall hija affettwata minn taħlita ta' parametri, kif muri fil-Fig. 1a.Dan jinkludi ħabtiet bejn blalen u trabijiet, kompressjoni ta 'shear ta' trab imwaħħal bejn jew bejn midja tat-tħin, impatti minn blalen li jaqgħu, shear u xedd ikkawżat minn tkaxkir tat-trab bejn il-korpi li jiċċaqilqu ta 'mitħna tal-ballun, u mewġa ta' xokk li tgħaddi minn blalen li jaqgħu propagati permezz ta 'kultura mgħobbija (Fig. 1a). Элементарные порошки Cu, Zr и Ni были сильно деформированы из-за холодной сварки на рантаней на ранней сильно деформированы из-за холодной сварки на ранней сильней ело к образованию крупных частиц порошка (> 1 мм в диаметре). It-trabijiet Cu, Zr, u Ni elementali ġew deformati ħafna minħabba l-iwweldjar kiesaħ fi stadju bikri ta 'MA (3 h), li wassal għall-formazzjoni ta' partiċelli kbar ta 'trab (> 1 mm fid-dijametru).Dawn il-partiċelli kbar komposti huma kkaratterizzati mill-formazzjoni ta 'saffi ħoxnin ta' elementi ta 'liga (Cu, Zr, Ni), kif muri fil-fig.3a,b.Żieda fil-ħin MA għal 12-il siegħa (stadju intermedju) wasslet għal żieda fl-enerġija kinetika tal-mitħna tal-ballun, li wasslet għad-dekompożizzjoni tat-trab kompost fi trabijiet iżgħar (inqas minn 200 μm), kif muri f'Fig. 3c, belt.F'dan l-istadju, il-forza ta 'shear applikata twassal għall-formazzjoni ta' wiċċ ġdid tal-metall b'saffi irqaq ta 'Cu, Zr, Ni ħjiel, kif muri f'Fig. 3c, d.Bħala riżultat tat-tħin tas-saffi fl-interface tal-qxur, iseħħu reazzjonijiet ta 'fażi solida bil-formazzjoni ta' fażijiet ġodda.
Fil-qofol tal-proċess MA (wara 50 h), il-metallografija tal-flake bilkemm kienet notevoli (Fig. 3e, f), u l-metallografija tal-mera ġiet osservata fuq il-wiċċ illustrat tat-trab.Dan ifisser li l-proċess MA tlesta u nħolqot fażi waħda ta' reazzjoni.Il-kompożizzjoni elementali tar-reġjuni indikati fil-Fig.3e (I, II, III), f, v, vi) ġew iddeterminati bl-użu ta 'field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) flimkien ma' spettroskopija tar-raġġi X li jxerrdu l-enerġija (EDS).(IV).
Fit-tabella.2 konċentrazzjonijiet elementali ta 'elementi ta' liga huma murija bħala persentaġġ tal-massa totali ta 'kull reġjun magħżul fil-fig.3e, f.It-tqabbil ta 'dawn ir-riżultati mal-kompożizzjonijiet nominali inizjali ta' Cu50Zr20Ni30 u Cu50Zr40Ni10 mogħtija fit-Tabella 1 juri li l-kompożizzjonijiet ta 'dawn iż-żewġ prodotti finali huma qrib ħafna tal-kompożizzjonijiet nominali.Barra minn hekk, il-valuri relattivi tal-komponenti għar-reġjuni elenkati f'Fig. 3e,f ma jissuġġerixxux deterjorazzjoni jew varjazzjoni sinifikanti fil-kompożizzjoni ta 'kull kampjun minn reġjun għal ieħor.Dan jidher mill-fatt li m'hemm l-ebda bidla fil-kompożizzjoni minn reġjun għal ieħor.Dan jindika l-produzzjoni ta 'trab tal-liga uniformi kif muri fit-Tabella 2.
Mikrografiji FE-SEM tat-trab tal-prodott finali Cu50(Zr50-xNix) inkisbu wara 50 darba MA, kif muri f'Fig. 4a-d, fejn x huwa 10, 20, 30 u 40 at.%, rispettivament.Wara dan il-pass tat-tħin, l-aggregati tat-trab minħabba l-effett van der Waals, li jwassal għall-formazzjoni ta 'aggregati kbar li jikkonsistu f'partiċelli ultrafini b'dijametru ta' 73 sa 126 nm, kif muri fil-Figura 4.
Karatteristiċi morfoloġiċi tat-trab Cu50(Zr50-xNix) miksuba wara MA 50 siegħa.Għas-sistemi Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, Cu50Zr10Ni40, l-immaġini FE-SEM ta 'trabijiet miksuba wara 50 MA huma murija f'(a), (b), (c) u (d), rispettivament.
Qabel it-tagħbija tat-trabijiet fil-feeder tal-isprej kiesaħ, l-ewwel ġew ivvibrati f'etanol ta 'grad analitiku għal 15-il minuta u mbagħad imnixxfa f'150 ° C għal sagħtejn.Dan il-pass għandu jittieħed biex tiġi miġġielda b'suċċess l-agglomerazzjoni, li ħafna drabi tikkawża ħafna problemi serji fil-proċess tal-kisi.Wara t-tlestija tal-proċess MA, saru aktar studji biex tiġi investigata l-omoġeneità tat-trab tal-liga.Fuq il-fig.5a–d juru mikrografi FE-SEM u stampi EDS korrispondenti tal-elementi tal-liga Cu, Zr u Ni tal-liga Cu50Zr30Ni20 meħuda wara 50 siegħa ħin M, rispettivament.Għandu jiġi nnutat li t-trab tal-liga miksuba wara dan il-pass huma omoġenji, peress li ma juru l-ebda varjazzjonijiet fil-kompożizzjoni lil hinn mil-livell sub-nanometru, kif muri fil-Figura 5.
Morfoloġija u distribuzzjoni lokali ta 'elementi fi trab MG Cu50Zr30Ni20 miksub wara 50 MA minn FE-SEM/Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS).(a) Immaġini SEM u X-ray EDS ta' (b) Cu-Kα, (c) Zr-Lα, u (d) Ni-Kα.
Il-mudelli ta 'diffrazzjoni tar-raġġi X ta' trabijiet Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, Cu50Zr20Ni30, u Cu50Zr20Ni30 liegi mekkanikament miksuba wara MA ta '50 siegħa huma murija fil-Fig.6a–d, rispettivament.Wara dan l-istadju tat-tħin, il-kampjuni kollha b'konċentrazzjonijiet ta 'Zr differenti kellhom strutturi amorfi b'mudelli ta' diffużjoni tal-halo karatteristiċi murija f'Fig. 6.
Mudelli ta 'diffrazzjoni tar-raġġi X ta' trabijiet Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), u Cu50Zr20Ni30 (d) wara MA għal 50 siegħa.Ġie osservat mudell ta' halo-diffusion fil-kampjuni kollha mingħajr eċċezzjoni, li jindika l-formazzjoni ta' fażi amorfa.
Il-mikroskopija elettronika ta 'trasmissjoni ta' emissjoni ta 'kamp ta' riżoluzzjoni għolja (FE-HRTEM) intużat biex tosserva bidliet strutturali u tifhem l-istruttura lokali ta 'trabijiet li jirriżultaw mit-tħin tal-ballun f'ħinijiet MA differenti.Immaġini ta 'trabijiet miksuba bil-metodu FE-HRTEM wara l-istadji bikrija (6 h) u intermedji (18 h) tat-tħin tat-trab Cu50Zr30Ni20 u Cu50Zr40Ni10 huma murija fil-Fig.7a, rispettivament.Skont l-immaġni ta 'kamp qawwi (BFI) tat-trab miksub wara 6 sigħat ta' MA, it-trab jikkonsisti minn ħbub kbar b'konfini definiti b'mod ċar tal-elementi fcc-Cu, hcp-Zr, u fcc-Ni, u m'hemm l-ebda sinjali tal-formazzjoni ta 'fażi ta' reazzjoni, kif muri fil-Fig. 7a.Barra minn hekk, mudell ta 'diffrazzjoni taż-żona magħżula korrelata (SADP) meħud mir-reġjun tan-nofs (a) żvela mudell ta' diffrazzjoni qawwija (Fig. 7b) li jindika l-preżenza ta 'kristalliti kbar u n-nuqqas ta' fażi reattiva.
Karatteristiċi strutturali lokali tat-trab MA miksub wara l-istadji bikrija (6 sigħat) u intermedji (18 sigħat).(a) Mikroskopija elettronika ta 'trasmissjoni ta' emissjoni ta 'kamp ta' riżoluzzjoni għolja (FE-HRTEM) u (b) diffractogram ta 'żona magħżula korrispondenti (SADP) ta' trab Cu50Zr30Ni20 wara trattament MA għal 6 sigħat.L-immaġni FE-HRTEM ta 'Cu50Zr40Ni10 miksuba wara MA 18-il siegħa hija murija f'(c).
Kif muri fil-fig.7c, żieda fit-tul ta 'MA sa 18-il siegħa wasslet għal difetti serji tal-kannizzata flimkien ma' deformazzjoni tal-plastik.F'dan l-istadju intermedju tal-proċess MA, diversi difetti jidhru fit-trab, inklużi difetti ta 'stivar, difetti tal-kannizzata, u difetti fil-punt (Fig. 7).Dawn id-difetti jikkawżaw il-frammentazzjoni ta 'ħbub kbar tul il-konfini tal-qamħ f'subgrains iżgħar minn 20 nm fid-daqs (Fig. 7c).
L-istruttura lokali tat-trab Cu50Z30Ni20 mitħun għal 36 siegħa MA hija kkaratterizzata mill-formazzjoni ta 'nanograins ultrafini inkorporati f'matriċi rqiqa amorfa, kif muri fil-Fig. 8a.Analiżi lokali tal-EMF wriet li n-nanoclusters murija fil-Fig.8a huma assoċjati ma 'ligi tat-trab Cu, Zr u Ni mhux ittrattati.Il-kontenut ta 'Cu fil-matriċi varja minn ~ 32 at.% (żona fqira) sa ~ 74 at.% (żona rikka), li jindika l-formazzjoni ta' prodotti eteroġenji.Barra minn hekk, l-SADPs korrispondenti tat-trab miksuba wara t-tħin f'dan il-pass juru ċrieki tal-fażi amorfu ta 'diffużjoni tal-halo primarji u sekondarji li jikkoinċidu ma' punti li jaqtgħu assoċjati ma 'dawn l-elementi ta' liga mhux ittrattati, kif muri f'Fig. 8b.
Karatteristiċi strutturali lokali nanoskala ta 'Beyond 36 h-Cu50Zr30Ni20 trab.(a) Immaġini ta 'kamp qawwi (BFI) u korrispondenti (b) SADP ta' trab Cu50Zr30Ni20 miksub wara tħin għal 36 siegħa MA.
Lejn l-aħħar tal-proċess MA (50 h), Cu50(Zr50-xNix), X, 10, 20, 30, u 40 at.% trabijiet, mingħajr eċċezzjoni, għandhom morfoloġija labirintika tal-fażi amorfa, kif muri fil-Fig.La diffrazzjoni tal-punt u lanqas mudelli annulari li jaqtgħu ma setgħu jiġu skoperti fis-SADS korrispondenti ta 'kull kompożizzjoni.Dan jindika n-nuqqas ta 'metall kristallin mhux ittrattat, iżda pjuttost il-formazzjoni ta' trab ta 'liga amorfu.Dawn l-SADPs korrelatati li juru mudelli ta 'diffużjoni tal-halo intużaw ukoll bħala evidenza għall-iżvilupp ta' fażijiet amorfi fil-materjal tal-prodott finali.
Struttura lokali tal-prodott finali tas-sistema Cu50 MS (Zr50-xNix).FE-HRTEM u mudelli ta 'diffrazzjoni nanobeam korrelatati (NBDP) ta' (a) Cu50Zr40Ni10, (b) Cu50Zr30Ni20, (c) Cu50Zr20Ni30, u (d) Cu50Zr10Ni40 miksuba wara 50 siegħa ta 'MA.
Bl-użu ta 'kalorimetrija ta' skanjar differenzjali, l-istabbiltà termali tat-temperatura tat-transizzjoni tal-ħġieġ (Tg), ir-reġjun likwidu supercooled (ΔTx) u t-temperatura tal-kristallizzazzjoni (Tx) ġiet studjata skont il-kontenut ta 'Ni (x) fis-sistema amorfa Cu50(Zr50-xNix).(DSC) proprjetajiet fil-fluss tal-gass He.Il-kurvi DSC ta 'trabijiet ta' Cu50Zr40Ni10, Cu50Zr30Ni20, u Cu50Zr10Ni40 ligi amorfi miksuba wara MA għal 50 siegħa huma murija fil-Fig.10a, b, e, rispettivament.Filwaqt li l-kurva DSC ta 'Cu50Zr20Ni30 amorfu hija murija separatament fil-Fig. 10 seklu Sadanittant, kampjun Cu50Zr30Ni20 imsaħħan għal ~ 700 ° C f'DSC jidher fil-Fig. 10g.
L-istabbiltà termali tat-trabijiet Cu50(Zr50-xNix) MG miksuba wara MA għal 50 siegħa hija determinata mit-temperatura tat-transizzjoni tal-ħġieġ (Tg), it-temperatura tal-kristallizzazzjoni (Tx) u r-reġjun likwidu supercooled (ΔTx).Termogrammi ta 'trabijiet tal-kalorimetri tal-iskannjar differenzjali (DSC) ta' Cu50Zr40Ni10 (a), Cu50Zr30Ni20 (b), Cu50Zr20Ni30 (c), u (e) Cu50Zr10Ni40 MG trab tal-liga wara MA għal 50 siegħa.Mudell ta 'diffrazzjoni tar-raġġi X (XRD) ta' kampjun Cu50Zr30Ni20 imsaħħan sa ~ 700 ° C f'DSC jidher f'(d).
Kif muri fil-Figura 10, il-kurvi DSC għall-kompożizzjonijiet kollha b'konċentrazzjonijiet ta 'nikil differenti (x) jindikaw żewġ każijiet differenti, wieħed endotermika u l-oħra eżotermika.L-ewwel avveniment endotermiku jikkorrispondi għal Tg, u t-tieni huwa assoċjat ma 'Tx.Iż-żona tal-firxa orizzontali li teżisti bejn Tg u Tx tissejjaħ iż-żona tal-likwidu subcooled (ΔTx = Tx – Tg).Ir-riżultati juru li t-Tg u Tx tal-kampjun Cu50Zr40Ni10 (Fig. 10a) imqiegħda f'526 ° C u 612 ° C jaqilbu l-kontenut (x) sa 20 f'% lejn in-naħa tat-temperatura baxxa ta '482 °C u 563 °C.°C b'kontenut ta' Ni (x) li qed jiżdied, rispettivament, kif muri fil-Figura 10b.Konsegwentement, ΔTx Cu50Zr40Ni10 jonqos minn 86 ° С (Fig. 10a) għal 81 ° С għal Cu50Zr30Ni20 (Fig. 10b).Għal-liga MC Cu50Zr40Ni10, ġie osservat ukoll tnaqqis fil-valuri ta 'Tg, Tx, u ΔTx għal-livelli ta' 447 ° С, 526 ° С, u 79 ° С (Fig. 10b).Dan jindika li żieda fil-kontenut ta 'Ni twassal għal tnaqqis fl-istabbiltà termali tal-liga MS.Għall-kuntrarju, il-valur ta 'Tg (507 °C) tal-liga MC Cu50Zr20Ni30 huwa aktar baxx minn dak tal-liga MC Cu50Zr40Ni10;madankollu, it-Tx tagħha turi valur komparabbli miegħu (612 °C).Għalhekk, ΔTx għandu valur ogħla (87 ° C) kif muri fil-fig.10 seklu
Is-sistema Cu50(Zr50-xNix) MC, billi tuża l-liga Cu50Zr20Ni30 MC bħala eżempju, tikkristallizza permezz ta 'quċċata eżotermika qawwija f'FC-ZrCu5, orthorhombic-Zr7Cu10, u orthorhombic-ZrNi fażijiet kristallini (Fig. 10c).Din it-tranżizzjoni tal-fażi minn amorfu għal kristallina ġiet ikkonfermata permezz ta 'analiżi ta' diffrazzjoni tar-raġġi X tal-kampjun MG (Fig. 10d) li kien imsaħħan għal 700 °C f'DSC.
Fuq il-fig.11 juri ritratti meħuda waqt il-proċess tal-isprej kiesaħ li sar fix-xogħol attwali.F'dan l-istudju, partiċelli ta 'trab tal-ħġieġ tal-metall sintetizzati wara MA għal 50 siegħa (bl-użu ta' Cu50Zr20Ni30 bħala eżempju) intużaw bħala materja prima antibatterika, u pjanċa tal-istainless steel (SUS304) kienet miksija bl-isprej kiesaħ.Il-metodu tal-isprej kiesaħ ġie magħżul għall-kisi fis-serje tat-teknoloġija tal-isprej termali minħabba li huwa l-aktar metodu effiċjenti fis-serje tat-teknoloġija tal-isprej termali fejn jista 'jintuża għal materjali metalliċi sensittivi għas-sħana metastabbli bħal trab amorfu u nanokristallin.Mhux suġġett għal fażi.tranżizzjonijiet.Dan huwa l-fattur ewlieni fl-għażla ta 'dan il-metodu.Il-proċess ta 'depożizzjoni kiesħa jitwettaq bl-użu ta' partiċelli ta 'veloċità għolja li jikkonvertu l-enerġija kinetika tal-partiċelli f'deformazzjoni plastika, deformazzjoni u sħana mal-impatt mas-sottostrat jew partiċelli depożitati qabel.
Ritratti fuq il-post juru l-proċedura ta' sprej kiesaħ użata għal ħames preparazzjonijiet suċċessivi ta' MG/SUS 304 f'550°C.
L-enerġija kinetika tal-partiċelli, kif ukoll il-momentum ta 'kull partiċelli waqt il-formazzjoni tal-kisi, għandhom jiġu kkonvertiti f'forom oħra ta' enerġija permezz ta 'mekkaniżmi bħal deformazzjoni plastika (partiċelli primarji u interazzjonijiet interpartiċelli fil-matriċi u interazzjonijiet ta' partiċelli), għoqod interstizjali ta 'solidi, rotazzjoni bejn partiċelli, deformazzjoni u limitazzjoni ta' tisħin. enerġija tal-formazzjoni, ir-riżultat se jkun ħabta elastika, li jfisser li l-partiċelli sempliċement bounce off wara l-impatt.Ġie nnutat li 90 % tal-enerġija tal-impatt applikata għall-materjal tal-partiċelli/substrat hija kkonvertita fis-sħana lokali 40 .Barra minn hekk, meta tiġi applikata l-istress tal-impatt, jinkisbu rati għoljin ta 'strain tal-plastik fir-reġjun ta' kuntatt tal-partiċelli/substrat fi żmien qasir ħafna41,42.
Id-deformazzjoni tal-plastik ġeneralment titqies bħala proċess ta 'dissipazzjoni tal-enerġija, jew aħjar, bħala sors ta' sħana fir-reġjun interfacial.Madankollu, iż-żieda fit-temperatura fir-reġjun interfacial ġeneralment mhix biżżejjed għall-okkorrenza ta 'tidwib interfacial jew stimulazzjoni sinifikanti tad-diffużjoni reċiproka ta' l-atomi.L-ebda pubblikazzjoni magħrufa mill-awturi ma investigat l-effett tal-proprjetajiet ta 'dawn it-trabijiet tal-vitru metalliku fuq l-adeżjoni tat-trab u l-issetiljar li jseħħu meta jintużaw tekniki ta' sprej kiesaħ.
Il-BFI tat-trab tal-liga MG Cu50Zr20Ni30 jista 'jidher fil-Fig. 12a, li ġie depożitat fuq is-sottostrat SUS 304 (Fig. 11, 12b).Kif jidher mill-figura, it-trabijiet miksija jżommu l-istruttura amorfa oriġinali tagħhom peress li għandhom struttura labirintika delikata mingħajr ebda karatteristiċi kristallin jew difetti tal-kannizzata.Min-naħa l-oħra, l-immaġni tindika l-preżenza ta 'fażi barranija, kif evidenzjat min-nanopartiċelli inklużi fil-matriċi tat-trab miksija b'MG (Fig. 12a).Il-Figura 12c turi l-mudell tad-diffrazzjoni tan-nanobeam indiċjat (NBDP) assoċjat mar-reġjun I (Figura 12a).Kif muri fil-fig.12c, NBDP juri mudell ta 'halo-diffusion dgħajjef ta' struttura amorfa u jeżisti flimkien ma 'tikek li jaqtgħu li jikkorrispondu għal fażi Zr2Ni metastabbli kubika kbira kristallina flimkien ma' fażi CuO tetragonal.Il-formazzjoni ta 'CuO tista' tiġi spjegata bl-ossidazzjoni tat-trab meta tiċċaqlaq miż-żennuna tal-pistola tal-isprej għal SUS 304 fl-arja aperta fi fluss supersoniku.Min-naħa l-oħra, id-devitrifikazzjoni tat-trab tal-ħġieġ tal-metall irriżulta fil-formazzjoni ta 'fażijiet kubi kbar wara trattament ta' sprej kiesaħ f'550 ° C għal 30 min.
(a) Immaġini FE-HRTEM ta 'trab MG depożitat fuq (b) sottostrat SUS 304 (Figura daħla).L-indiċi NBDP tas-simbolu tond muri f'(a) huwa muri f'(c).
Biex jiġi ttestjat dan il-mekkaniżmu potenzjali għall-formazzjoni ta 'nanopartiċelli kubi kbar Zr2Ni, twettaq esperiment indipendenti.F'dan l-esperiment, trabijiet ġew sprejjati minn atomizzatur f'550 ° C fid-direzzjoni tas-sottostrat SUS 304;madankollu, biex jiġi ddeterminat l-effett ta 'ttemprar, it-trabijiet tneħħew mill-istrixxa SUS304 malajr kemm jista' jkun (madwar 60 s).).Twettqet serje oħra ta 'esperimenti li fihom it-trab tneħħa mis-sottostrat madwar 180 sekonda wara l-applikazzjoni.
Il-Figuri 13a,b juru immaġini ta 'Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) kamp skur (DFI) ta' żewġ materjali sputtered depożitati fuq substrati SUS 304 għal 60 s u 180 s, rispettivament.L-immaġni tat-trab depożitat għal 60 sekonda m'għandhiex dettalji morfoloġiċi, li turi nuqqas ta 'karatteristiċi (Fig. 13a).Dan ġie kkonfermat ukoll minn XRD, li wera li l-istruttura ġenerali ta 'dawn it-trabijiet kienet amorfa, kif indikat mill-qċaċet wesgħin ta' diffrazzjoni primarja u sekondarja murija fil-Figura 14a.Dan jindika n-nuqqas ta 'preċipitati metastabbli/mesophase, li fihom it-trab iżomm l-istruttura amorfu oriġinali tiegħu.B'kuntrast, it-trab iddepożitat fl-istess temperatura (550 ° C) iżda jitħalla fuq is-sottostrat għal 180 s wera d-depożizzjoni ta 'ħbub nanosized, kif muri mill-vleġeġ fil-Fig. 13b.