مواد فلزی نانو ساختاری
پیشرفت های اخیر در زمینه فناوری نانو توجه را بر توسعه مواد با ویژگی های جدید و مفید معطوف کرده است.
به طور خاص, علاقه ای به طراحی ترمیت های نانو کامپوزیتی برای کاربردهای سنتز در دمای بالا SHS وجود دارد.
این ماده مرکب از ذرات نانو مقیاس تشکیل شده است که در مجاورت مقیاس اتمی قرار دارند اما از واکنش تا زمان تحریک محدود شده اند.
پس از شروع واکنش به خودکفایی تبدیل می شود و یک محصول آلیاژ بین فلزی جدید تولید می شود.
این مواد از مخلوطی حاوی فلزات در مقیاس نانو, اکسیدهای فلزی و یا بایندرهای پلیمری آلی و معدنی تشکیل شده اند و برای فناوری های همپوشانی از سنتز مواد تا کاربردهای تولید انرژی محلی استفاده می شوند. به عنوان مثال: هنگامی که یک مخلوط واکنش دهنده برای تولید یک ماده جدید مشتعل می شود. محصول سنتز شده با احتراق می تواند به عنوان یک ماده زیستی مفید باشد و یا واکنش دهنده ها را می توان برای سنتز آلیاژهای فلزی مقاوم در برابر خوردگی در دمای بالا طراحی کرد. هنگامی که واکنش به طور قابل توجهی گرمازاست و منجر به انتشار سریع شعله می شود. مخلوط واکنش دهنده می تواند برای تولید انرژی برای کاربردهای صنعتی غیر نظامی یا نظامی طراحی شود. (جهت مطالعه بیشتر به فلز چیست مراجعه نمایید)
این مقاله کوتاه بر نمونه هایی از فرصت های آینده در آلیاژهای فلزی نانو ساختار متمرکز است. اما یک پایگاه ادبی نسبتا بزرگی وجود دارد که مشاهدات رفتارهای منحصر به فرد ذرات نانو در مقابل میکرون ۱-۱۵ را گزارش می دهد. (جهت خرید و بررسی به قیمت ورق مراجعه نمایید)
درحالی که برخی از مشاهدات اساسی منحصر به فرد مربوط به نانو ذرات در حال حاضر در حال تحقق هستند. این پیشرفت ها می توانند برای کمک به محققان برای رسیدگی به مسائل مهم کنونی مانند کاربردهای تولید انرژی, بیو مواد برای کاشت استخوان و ترمیم اسکلتی و گسترش و انتقال باکتری های عفونی مورد استفاده قرار گیرند.
هنگامی که ذرات سوخت و اکسید کننده به ابعاد نانومتری نزدیک می شوند. رفتارهای حرارتی و احتراق نانو ذرات منحصر به فرد هستند. زیرا انرژی لازم برای شروع یک واکنش در واقع می تواند در ذرات ذخیره و جمع شود. این فرمول های ذخیره سازی انرژی متشکل از نانو ذرات فلزی سوختی هستند که با فلزات یا نانو ذرات اکسید فلزی ترکیب شده اند و به آنها نانو شارژ ۱۶ می گویند.
نانو شارژ انرژی را ذخیره می کند زیرا ذرات در حالت بی اثر نگه داشته می شوند و هنگامی که تحریک می شوند واکنش آهسته بدون گاز که رخ می دهد توسط انتقال جرم و انرژی لازم برای انتشار واکنش دهنده ها به یکدیگر کنترل می شود. احتراق منجربه تبدیل آهسته کنترل شده خود تکثیر شده و دمای بالا انرژی شیمیایی به انرژی حرارتی می شود.
استفاده از سوخت نانو ذرات و کامپوزیت های اکسید کننده به عنوان واکنش دهنده در یک نانو شارژر که انرژی را در صورت نیاز ذخیره و تحویل می دهد. (جهت مطالعه بیشتر به کاربرد فلز در موشک مراجعه نمایید)
نانو شارژها را می توان به عنوان تلاقی بین باتری و نمک های مذاب توصیف کرد.
واکنش دهنده ها به خواص اینرسی حرارتی مشابه نمک های مذاب دست می یابند(که ذخیره سازی را امکان پذیر می کند) اما تحویل انرژی بر اساس یک واکنش شیمیایی است که بیشتر شبیه باتری است. ذخیره انرژی حرارتی برای دوره های طولانی ممکن است برای برخی از اشکال انرژی های تجدید پذیر مانند حرارت خورشیدی مفید باشد. به این ترتیب انرژی گرمایی ذخیره شده در نانو شارژر در طول روز می توان به راحتی در ساعات عصر زمانی که خورشید نمی تابد تحویل داده شود.
تصاویر حرارتی مادون قرمز زمان مهر برای مخلوط ذرات نانومتری و مخلوط ذرات میکرومتری متشکل از Al/Mn
در زمینه سنتز احتراق کار زیادی برای ایجاد تخلخل با افزودن عوامل دمنده به ماتریس واکنش دهنده و مرور و همکاران انجام شده است.
(جهت مطالعه بیشتر به کاربرد فلز در پزشکی مراجعه نمایید)
هنگامی که یک کامپوزیت با انرژی خفیف حاوی مقدار متوسطی از عامل گازی GA باشد. می توان یک محصول از نوع فوم ایجاد کرد. در طی یک واکنش عامل گازدار, محل های هسته زایی را حباب ها فرار می کنند و یک ساختار متخلخل ایجاد می کنند.
کنترل بر روی خواص محصول نهایی مانند تخلخل می تواند با تنظیم ترکیب واکنش دهنده به دست آید. در سال ۲۰۰۶ سنتز احتراق برای تشکیل آلومینید نیکل متخلخل استفاده شد و نشان داد که تخلخل محصول نهایی تابعی از درصد عامل گازی موجود در ماتریس واکنش دهنده است.
امروزه این کاربری درک مکانیک سنتز آلیاژ آلومینیوم متخلخل تیتانیوم AITi به منظور ایجاد توزیع تخلخل درجه بندی محوری گسترش یافته است. فوم های فلزی با استفاده از یک واکنش در دمای بالا خود تکثیر سنتز می شوند که یک آلیاژ فلزی جامد بسیار متخلخل با خواص مواد قابل تنظیم تولید می کند. ذرات آلومینیوم در مقیاس نانو و ذرات تیتانیوم در مقیاس نانو با آلومینیوم غیر فعال شده در مقیاس نانو با یک عامل گازی مانند اسید پرفلوئوروآلکیل کربوکسیلیک یا ذرات پلی تترافلوئورواتیلن (تفلون)(C2F4) مخلوط می شوند. هنگامی که به گلوله فشرده می شوند و با لیزر مشتعل می شوند. محصول واکنشی متشکل از آلیاژ AITi که ساختار بسیار متخلخلی دارد تولید می کنند.
به این ترتیب سنتز احتراق را می توان برای ایجاد یک آلیاژ متخلخل AITi با درجه بندی عملکردی وشناسایی همبستگی بین ریزساختار محصول و پارامترهایی مانند نوع و مقدار عامل گازدار موجود در واکنش دهنده ها استفاده کرد.
داده های عکاسی امکان تفسیر انتشار واکنش را فراهم می کند در حالی که خصوصیات محصول نهایی تخلخل و مورفولوژی را نشان می دهد.
این آلیاژهای فلزی نانو ساختار ممکن است با ایجاد تخلخل در سراسر ماتریس در توسعه بیومواد کاربرد داشته باشند.
یک میکروگراف الکترونی (SEM) از این آلیاژ AITi را نشان می دهد.
آلودگی باکتریایی در بیمارستان ها و صنایع غذایی و محیط های عمومی باعث ایجاد یک مشکل عمده سلامت عمومی می شود.
علی رغم تلاش های قابل توجه تحقیق و توسعه مشکل آلودگی های مربوط به دستگاه های زیست پزشکی و تهیه غذا همچنان پابرجاست.
روش های تمیزکردن سنتی مانند اسپری های ضدعفونی کننده آئروسل یا دستمال های مرطوب اثر بخشی محدودی دارند. نیاز شدیدی برای کاهش کلونیزاسیون باکتری ها با ایجاد موادی با خواصی از جمله شیمی سطح ۲۲-۲۰ و زبری سطح ۲۵-۲۳ وجود دارد که برای اتصال و رشد باکتری نامطلوب هستند. (جهت مطالعه بیشتر به پل فلزی مراجعه نمایید)
نقره به دلیل سمیت قوی برای طیف وسیعی از میکروارگانیسم ها سالهاست که در بسیاری از کاربردهای باکتری کشی استفاده می شود.
تحقیقات نشان داده است که خواص باکتری کشی نقره وابسته به اندازه است و تنها نانو ذرات برهمکنش مستقیمی با باکتری دارند. دی اکسید تیتانیوم TiO2 نیز به یک عامل محبوب برای خنثی سازی باکتری ها تبدیل شده است. چندین محصول تجاری ایجاد شده اند که از نانو ذرات TiO2 برای کاربردهای ضد باکتریایی استفاده می کنند.
آلیاژهای فلزی جامد بسیار متخلخل و ضد باکتریایی را می توان از طریق سنتز احتراق ایجاد کرد.با ترکیب ذرات اکسید نقره در مقیاس نانو Ag2O یا ذرات TiO2 با ذرات نانو مقیاس آلومینیوم AI این واکنش می تواند یک موج گرمایی خود انتشاری ایجاد کند که فوم های فلزی ساخته شده از منافذ با عرض تنها نانومتر را تولید می کند که ذاتا خواص ضد باکتریایی از خود نشان می دهند. سطح فوق العاده بالای این فوم ها به عنوان یک پلت فرم عالی برای خنثی سازی باکتری ها عمل می کند. این آلیاژهای تازه سنتز شده یک رویکرد جدید برای خنثی سازی باکتری ها ارائه می دهند. (جهت مطالعه بیشتر به نقطه ذوب فلزات مراجعه نمایید)
آلیاژهای فلزی نانو ساختار را نشان می دهد که تحت آزمایش رشد باکتریایی در ۲۴ و ۴۸ ساعت قرار می گیرند. رشد باکتری با یک دایره سفید برجسته می شود.
فوم های فلزی مبتنی بر AI پس از قرار گرفتن در معرض
- Ag2O
- TiO2 nano
- Ag2O micron
- Control
نتیجه مهم آلیاژهای فلزی نانو ساختار عبارتند از:
- سنتز احتراق را می توان برای ایجاد آلیاژهای فلزی نانو ساختار که دارای خواص ضد باکتریایی هستند استفاده کرد.
- سینتیک رشد باکتری تابعی از اندازه ذرات واکنش دهنده است.
- واکنش دهنده های نانو مقیاس در خنثی سازی باکتری ها موثر تر هستند.
- ذرات TiO2 می توانند رشد باکتری را به تاخیر بیندازند اما از رشد باکتری جلوگیری نمی کنند.
- نانو فوم های فلزی متشکل از AI و Ag2O در مقیاس نانو از رشد باکتری ها جلوگیری می کنند.
این آلیاژهای فلزی نانو ساختار را می توان به راحتی به عنوان یک ماده ساختاری یا یک پوشش فلزی از طریق سنتزا احتراق ایجاد کرد و کاربردهای گسترده ای در انرژی های تجدید پذیر, خدمات غذایی و صنایع پزشکی دارد. آلیاژهای فلزی نانو ساختار واقعا مواد آینده هستند.
(جهت خرید و بررسی به قیمت پروفیل مراجعه نمایید)
مواد فلزی بسیار ریزدانه UFG که با تغییر شکل پلاستیک شدید SPD به دست می آیند. معمولا خواص استحکام بسیار بالایی را نشان می دهند. که مقادیر آنها بسیار بالاتر از مقادیر پیش بینی شده توسط رابطه معروف Hall-petch است. مطالعات نشان می دهد که این اتفاق SPD نه تنها ساختار UFG را تشکیل می دهد. بلکه منجر به تشکیل سایر ویژگی های نانو ساختاری, مانند زیر ساخت های نابجایی, نانو دوقلوها و رسوبات نانومتری فازهای دوم می شود که علاوه بر این به تقویت کمک می کنند.
مبادله استحکام و شکل پذیری فلزات مدت هاست که دانشمندان علم مواد را با مشکل مواجه کرده است.
برای حل این مسئله در دهه های گذشته تلاش های زیادی برای توسعه مسیرهای تکنولوژیکی مختلف برای تنظیم موثر ریز ساختار مواد فلزی انجام شده است.
در اینجا استراتژی های طراحی نانو ساختار پیشرفته اخیر را برای ساخت هدفمند نانو ساختارهای ناهمگن در مواد فلزی کریستالی و غیر کریستالی بررسی می کنیم. (جهت مطالعه بیشتر به دنیای نانو تکنولوژی مراجعه نمایید)
چندین رویکرد ساختاری معرفی شده اند.
از جمله ساختارهای سلسله مراتبی نانو دوتایی HNT معماری های اصلاح و جابجایی شدید دانه و غیره
برای فلزات کریستالی ساختار نانو شیشه برای آلیاژهای غیرکریستالی به عنوان مثال شیشه های فلزی MGs
یک سری از نانو ساختارهای فوق نانو دو فاز SNDP برای آلیاژهای کامپوزیت
خواص مکانیکی بیشتر با دستکاری این نانو ساختارها به ویژه جفت کردن چندین نانو ساختار پیشرفته در یک ماده بهینه می شوند.
به ویژه نانو ساختارهای جدید SNDP استراتژی های طراحی نانو ساختار را با استفاده از کریستال ها و MGs در اندازه های فوق نانو که اندازه و اثرات هم افزایی منحصربه فردی از خود نشان می دهند. بسیار غنی می کنند.
علاوه براین بر اساس یک درک جامع از مکانیسم های میکروسکوپی, چشم انداز وسیعی از استراتژی ها به سمت استحکام بالا و شکل پذیری بالا برای ارتقای نوآوری های آینده پیشنهاد شده اند.
نانو ساختارها نقش بسزایی در پیشرفت فناوری های علمی و مهندسی در مقیاس نانو دارند. در چند سال گذشته, نانو ساختارها به دلیل ویژگی های متمایزشان که بر خواص فیزیکی, الکتریکی, شیمیایی, بیولوژیکی و اپتوالکتریکی تاثیر می گذارند. توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. (جهت خرید و بررسی به قیمت ورق مراجعه نمایید)
ترکیب نانو ساختارها مانند تک فلزی, دو فلزی, مغناطیسی, اکسید فلزی, نیمه هادی, هیبریدی, کامپوزیت و غیره اغلب به عنوان مبنای طبقه بندی آنها استفاده شده است. این فصل انواع مختلف نانو ساختار و نانو مواد مانند نانوسیم ها, نانوالیاف, نانو لوله ها, نانو تسمه ها, نانو سیال ها, نانو روبان ها, نانو چشمه ها, نانو کپسول ها, نانو کوانتومی, نانو صفحات, نانو کامپوزیت ها و نانو ذرات را با توجه به ویژگی ها و جهت گیری های مختلف آنها بررسی می کند. به طور خلاصه, نانو ساختارها در تمام اشکال خود, حوزه بسیار فعال تحقیق و توسعه در زمینه های نانو تکنولوژی و علوم نانو را تشکیل می دهند.
مواد نانو ساختار حجیم BNMs به عنوان جامدات حجیم پلی کریستالی با ریز ساختارهای نانو کریستالی NC یا بسیار ریز دانه UFG تعریف می شوند. این BNM ها به دلیل پتانسیل خواص بهبود یافته و کاربردهای امیدوار کننده در مقایسه با مواد درشت دانه معمولی با ترکیبات شیمیایی یکسان, توجه روزافزونی را به خود جلب کرده اند. به عنوان مثال BNM ها خواص مکانیکی برتر, مانند استحکام یا سختی را نشان می دهند. که با نمونه های معمولی غیر قابل دستیابی است.
به طور کلی به دلیل داشتن اندازه دانه بسیار ریز BNM ها به بخش بزرگی از حجم مرتبط با مناطق مرزی نامرتب دانه نسبت داده می شود.
پیشرفت های اخیر در تکنیک های سنتز و پردازش BNM ها و نیاز ما را به درک پدیده های اساسی زیر بنایی و همچنین ویژگی های مهم آنها تحریک می کند. تحقیق در مورد سنتز و خواص BNM ها یکی از نوظهورترین زمینه ها در سیستم های مواد ساختاری پیشرفته است. این شماره ویژه دامنه وسیعی را در زمینه تحقیقاتی BNM ها پوشش می دهد. و ما صمیمانه از مقالات تحقیقاتی اصلی و بررسی دستاوردهای اخیر در مورد موضوعات زیر BNM دعوت می کنیم:
- تکنیک های سنتز و پردازش
- توسعه روش های تجربی جدید
- پیشرفت در پردازش تغییر شکل پلاستیک شدید (SPD) و مواد SPD
- فرآوری پودر و مواد متالورژی پودر
- مکانیسم های تغییر شکل و مکانیک تجربی
- خواص مکانیکی و فیزیکی
- تکامل ریزساختاری و خصوصیات
- مدلسازی محاسباتی و تحلیلی
- کاربردهای ساختاری، عملکردی و زیست پزشکی
جهت مطالعه بیشتر به ویکی پدیا مراجعه فرمایید.
