โครงสร้างนาโนแบบลำดับชั้นช่วยเสริมโลหะผสมที่มีประสิทธิภาพสูง

การพัฒนาวัสดุที่สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงเป็นความกังวลหลักสำหรับนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากความต้องการในด้านวิศวกรรมการบินและอวกาศและการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ‘ซูเปอร์อัลลอย’ เหล่านี้ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่างและมักมีโครงสร้างที่ซับซ้อน นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติไอดาโฮได้ศึกษาโครงสร้างลำดับชั้นของซูเปอร์อัลลอย

แบบใหม่ทั้งในระดับนาโนและไมโครสเกล

เพื่อทำความเข้าใจต้นกำเนิดและบทบาทในการเพิ่มความเสถียรของวัสดุที่อุณหภูมิสูงSuperalloys เป็นชื่อที่กำหนดให้กับกลุ่มของโลหะผสมที่มีความเสถียรเป็นพิเศษที่อุณหภูมิสูง (> 800 °C) และมักมีพื้นฐานมาจากเหล็ก ไททาเนียม โคบอลต์ หรือนิกเกิล ลักษณะเฉพาะของวัสดุเหล่านี้คือการมีอยู่ของสองขั้นตอนที่แตกต่างกัน เรียกว่า γ และ γ’ โดยปกติเฟสเหล่านี้จะอยู่ในรูปแบบที่ตกตะกอนของเฟส γ’ ฝังอยู่ในเฟส γ ที่ใหญ่กว่า ตะกอน γ เหล่านี้ผ่านการ “หยาบ” ซึ่งเป็นกระบวนการที่เมล็ดธัญพืชขนาดเล็กเติบโตโดยใช้เม็ดขนาดใหญ่กว่าเพื่อสร้างรูปร่างใหม่ที่อุณหภูมิสูงขึ้น

ในที่สุดการหยาบจะนำไปสู่คุณสมบัติทางกลที่เสื่อมโทรมและอายุการใช้งานสั้นลง ในกรณีนี้ ทีมนักวิจัยที่นำโดยSubhashish Meher  ได้วิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีและสัณฐานวิทยาทางกายภาพของระบบ superalloy ที่มีโครงสร้างเป็นลำดับชั้น γ-γ เพื่อให้เข้าใจกลไกที่ลำดับชั้นของเฟสก่อตัวขึ้นและนำไปสู่การต้านทานการหยาบที่เพิ่มขึ้นความมั่นคงที่สูงขึ้นจากภายใน วัสดุที่ Meher และเพื่อนร่วมงานพัฒนาขึ้นนั้นคล้ายกับโครงสร้าง γ-γ ทั่วไป อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ การตกตะกอนของ γ ยังมีการตกตะกอนของ γ ที่เล็กกว่าด้วย ดังนั้นจึงใช้คำว่า “ลำดับชั้น” 

นักวิจัยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านเพื่อสังเกตวิวัฒนาการของการตกตะกอนของ γ และพบว่าระดับนาโนที่ตกตะกอน γ ทำหน้าที่ชะลออัตราการตกตะกอนของ γ ที่มีขนาดใหญ่กว่าที่ 800 °C แต่จะละลายหลังจากช่วงเวลาหนึ่ง หลังจากนั้นจึงเกิดการหยาบขึ้น กลับสู่ระบบ γ-γ’ แบบเดิมเมื่อพิจารณาแล้วว่าโครงสร้างแบบลำดับชั้นเป็นวิธีการในการเพิ่มความเสถียรทางความร้อน นักวิจัยจึงกังวลกับการทำความเข้าใจกลไกของการก่อตัวและละลายของตะกอนนาโน

ที่มีความเสถียรเหล่านี้ การตรวจเอกซเรย์

ตรวจสอบอะตอมให้ข้อมูลทางเคมีในท้องถิ่นเกี่ยวกับระดับนาโนและทีมงานใช้เพื่อระบุความอิ่มตัวของโคบอลต์ รูทีเนียม และรีเนียมที่ก่อให้เกิดโครงสร้างแบบลำดับชั้นไดนามิกของเกรนทำให้ฟิล์มทองแดงเรียบอย่างสมบูรณ์แบบเป็นไปไม่ได้การสร้างแบบจำลองเสริมเพื่ออธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติของโครงสร้างจุลภาคที่ส่งผลให้เกิดการหยาบที่ลดลง นักวิทยาศาสตร์ได้จำลองโครงสร้างวัสดุโดยใช้แบบจำลองเฟสฟิลด์ ซึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของวัสดุเพื่อคำนวณเงื่อนไขที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการก่อตัวของโครงสร้างลำดับชั้นที่มีเสถียรภาพ ตลอดจนวัดช่วงเวลาและอุณหภูมิที่วัสดุดังกล่าวจะมีเสถียรภาพ แบบจำลองนี้สอดคล้องกับผลการทดลอง ซึ่งบ่งชี้ว่าขนาดของตะกอนที่ 800 °C จะลดลงเป็นเวลา 200 ชั่วโมง

การใช้กล้องจุลทรรศน์และการสร้างแบบจำลองเสริมเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาและทำความเข้าใจการก่อตัวของวัสดุที่สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูง จากผลการวิจัยเหล่านี้ นักวิจัยคาดว่าองค์ประกอบทางเลือก เช่น แพลตตินั่ม อาจเพิ่มความเสถียรทางความร้อนของ superalloys ต่อไปผ่านการก่อตัวของโครงสร้างนาโนแบบลำดับชั้นที่มีเสถียรภาพมากขึ้น ทำให้การผลิตโลหะผสมที่มีอายุการใช้งานยาวนานมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นไปอีกขั้นหนึ่ง รายละเอียดเพิ่มเติมสามารถพบได้ในScience Advances

กราฟีนเป็นแผ่นคาร์บอนที่มีความหนาเพียงอะตอมเดียว แยกได้ครั้งแรกในปี 2547 นับตั้งแต่นั้นมา นักวิจัยมองหาการใช้วัสดุนี้เป็นตัวกรองโดยการเจาะรูขนาดนาโนเมตร

สองเทคนิคจากล่างขึ้นบนและบนลงล่างนั้นเสริมกัน

กราฟีนที่มีรูพรุนสูงที่ผลิตโดยHyung Gyu Parkและเพื่อนร่วมงานของETH ZurichและPohang University of Science and Technology (POSTECH)อาจเหมาะสำหรับการกรองแบบอัลตราฟิลเตรชันและเป็นโครงนั่งร้าน 2 มิติสำหรับผลิตพอลิเมอร์ที่คัดเลือกด้วยก๊าซบางเฉียบ เทคนิคสองวิธีจากล่างขึ้นบนและบนลงล่างที่พัฒนาขึ้นโดยนักวิจัยนั้นเป็นส่วนเสริมและช่วยให้พวกเขาสร้างเมมเบรนที่มีรูพรุนซึ่งประกอบด้วยชั้นกราฟีนที่กำหนดไว้ล่วงหน้า

“วิธีการจากบนลงล่างของเราผสมผสาน nanolithography บล็อกโคพอลิเมอร์และการแกะสลักพลาสม่าแบบแอนไอโซโทรปิกของกราฟีนสองชั้นและช่วยให้สามารถเจาะทะลุได้ด้วยวิธีที่ค่อนข้างคุ้มค่า” Park อธิบาย เราได้ใช้เวลาหลายปีในการพยายามให้ได้รูพรุนที่มีขนาดเท่ากันโดยใช้บล็อกโคพอลิเมอร์ที่ประกอบขึ้นเองซึ่งทำจากพอลิสไตรีน (PS) และพอลิเมทิลเมทาคริเลต (PMMA) โดยปล่อยให้ทรงกลม PMMA กว้างหลายสิบนาโนเมตรก่อตัวขึ้นภายใน PS เมทริกซ์ หลังจากลอก PMMA ทรงกลมออกด้วยสารเคมี เราก็ได้รูปแบบรูพรุนขนาดใหญ่ในเมทริกซ์ PS”

วิธีการผลิตที่รวดเร็วและคุ้มค่านักวิจัยกล่าวว่าพวกเขาสามารถเจาะแผ่นกราฟีนทั้งหมดที่มีรูขนาดนาโนเมตรได้โดยการทิ้งระเบิดไอออนพลาสม่าผ่าน PS-matrix ที่มีรูพรุน “บล็อกโคพอลิเมอร์ทรงกลมช่วยให้สามารถสร้างลวดลายขนาดใหญ่ได้ ในขณะที่การกัดด้วยพลาสมาแบบขั้นตอนเดียวของรูพรุนทำให้วิธีการผลิตนี้รวดเร็วและคุ้มค่า” Roman Wyss สมาชิกในทีม อธิบาย

วิธีการจากล่างขึ้นบนนั้นแตกต่างกันตรงที่มันสร้างรูพรุนในกราฟีนเมื่อมันถูกสังเคราะห์ขึ้นจริง “ที่นี่ เรายอมให้อนุภาคนาโนที่ไม่ใช้งานแบบเร่งปฏิกิริยาแพร่กระจายไปทั่วชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาทองแดงก่อนขั้นตอนการสะสมไอเคมีซึ่งผลิตกราฟีน” Kyoungjun Choi สมาชิกในทีม กล่าว เสริม “โดยการควบคุมขนาดของอนุภาคนาโนที่ไม่ได้ใช้งาน เราจะได้กราฟีนที่มีรูพรุนได้อย่างง่ายดาย”

เทคนิคทั้งสองที่อธิบายไว้ในScience Advances  DOI: 10.1126/sciadv.aau0476ผลิตตัวอย่างที่มีขนาดไม่เกิน 25 ซม. 2 โดยที่ขนาดรูพรุนจะสม่ำเสมอและสามารถควบคุมได้โดยเฉลี่ยในช่วงต่ำกว่า 20 นาโนเมตรถึง 50 นาโนเมตร นักวิจัยได้ทดสอบเยื่อหุ้มเซลล์โดยวัดการไหลของก๊าซไนโตรเจนและน้ำของเหลวที่ไหลผ่าน

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>เว็บสล็อตแตกง่าย