15:25 2023-02-08
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Noua metodă de orientare a creșterii cristalelor manipulează proprietățile materialelor
_ Cristal nou metoda de orientare a creșterii manipulează proprietățile materialelor
O nouă metodă de a crește monocristalele și de a controla simultan orientarea lor de creștere fără prelucrare prin topire a fost descoperită de absolventul doctorat în știința și ingineria materialelor de la Universitatea Texas A&M Dr. Hande Ozcan și Dr. Ibrahim Karaman, șef de departament și profesor Chevron.
Descoperirea acestei noi metode de control al orientării și creșterii cristalelor în stare solidă a fost publicată recent în revista Acta Materialia. Lucrarea de cercetare se concentrează pe creșterea monocristalelor mari și pe capacitatea lor de a-și schimba orientarea cristalografică. Orientarea cristalografică descrie alinierea cristalelor într-un eșantion în vrac.
„Am lucrat la cristale unice în ultimele trei decenii, dar creșterea cristalelor prin procesarea topiturii și controlul orientărilor lor a fost destul de dificilă, ", a spus Karaman. „Metoda descoperită de Hande acum ne economisește mult timp și oferă mai multă flexibilitate. Sunt mai multe de explorat; asta ne face entuziasmați de această nouă metodă.”
Conform lucrării de cercetare, controlul dimensiunii , forma și orientarea cristalografică a monocristalelor este vitală pentru exploatarea proprietăților dorite. Ozcan a spus că această metodă este importantă pentru aplicațiile care necesită materiale cu proprietăți anizotrope.
„Acest mecanism permite acestor materiale să-și schimbe orientarea în stare solidă fără tehnici greoaie și costisitoare de prelucrare a topiturii. Acest lucru este important deoarece aceste materiale prezintă proprietăți diferite atunci când au direcții cristalografice diferite”, a spus Ozcan.
Pentru prima dată, Ozcan a văzut că orientările cristalografice pot fi modificate la această scară mare.
„Acest lucru ar putea fundamental. Schimbăm modul în care privim cristalele unice și manipulăm proprietățile materialelor, deoarece cu metodele în stare solidă, nu numai că putem crește foarte ușor cristale unice mari, dar, în același timp, ne putem juca acum cu orientarea lor cristalografică", a spus Ozcan.< /p>
Cristalele simple sunt esențiale pentru microelectronică, cristale optice, dispozitive magnetice, celule solare, componente piezoelectrice și aliaje multifuncționale. Un exemplu de caz de utilizare specific pentru aceste materiale este aliajele multifuncționale cu memorie de formă. Aceste materiale își pot schimba forma și își pot reveni la aplicarea căldurii sau stresului.
„De exemplu, puteți deforma materialul atunci când aplicați o sarcină, dar când îl eliberați, acesta revine la forma inițială.” A spus Ozcan.
Aceste proprietăți depind puternic de orientarea monocristalului; unele orientări prezintă această recuperare într-un mod perfect, iar altele nu. Astfel, controlul orientării este critic în obținerea unor proprietăți funcționale superioare.
Un alt avantaj al acestei tehnici, conform lucrării de cercetare, este că nu necesită echipamente complexe și costisitoare.
În mod tradițional, tehnicile de creștere prin topire, numite procesele Bridgman și Czochralski, sunt folosite pentru a obține cristale mari cu o orientare preferată. Cu toate acestea, controlul orientării cristalului este încă o provocare.
Aceste metode se bazează pe disponibilitatea cristalelor de însămânțare adecvate, nuclearea precisă și controlul profilului termic în timpul procesării.
Din cauza acestei complexități, acestea metodele sunt foarte scumpe. Noua metodă se numește tehnica de creștere a cristalelor în stare solidă (SSCG), o metodă în care cristale mari în vrac cu diferite orientări cristalografice pot fi realizate prin tratamente termice simple.
În acest proces, cristalele produse sunt mai mult versatil și poate obține o omogenitate chimică mai bună decât în tehnicile de creștere a topiturii utilizate în mod tradițional.
Echipa de cercetare de la Texas A&M a demonstrat metoda SSCG în două sisteme de aliaje, FeMnAlNi și CuMnAl și a realizat modificări repetate, masive de orientare. în stare solidă.
Aceste descoperiri oferă o nouă strategie pentru manipularea orientării monocristalelor mari la cerere, pentru a profita de proprietățile lor superioare și extrem de anizotrope, conform lucrării de cercetare.
„Acest proces. lucrează cu materiale care au precipitate semi-erente și care au regiuni bifazice în diagrama lor de fază”, a spus Ozcan. „Atunci când ciclați materialul de la temperaturi înalte la temperaturi scăzute într-o regiune cu două faze de mai multe ori, precipitații se nucleează și se dizolvă și lasă în urmă granițele subgranulelor. Apoi boabele încep să crească, scăzând excesul de energie la limitele subgranelor. Aceste boabe continuă să crească și îmbinați și, în cele din urmă, puteți obține un singur cristal.”
Când continuați să ciclați materialul după ce acesta devine un singur cristal, nu există alte modalități de a reduce excesul de energie din sistem și aceasta activează un mecanism care își schimbă orientarea cristalografică.
„De fapt, am descoperit această tehnică în timp ce lucram la altceva. Nu ne-am propus în mod special să schimbăm orientarea cristalografică”, a spus Ozcan. „Lucram doar la creșterea monocristalelor mari.”
În timpul acestui proces, Ozcan și echipa au descoperit că, în doar câteva cicluri, aliajele se vor transforma în monocristale și, cu cicluri suplimentare, ea și-a dat seama. că orientarea monocristalelor a început să se schimbe complet.
„I-am arătat rezultatele Dr. Karaman și am fost atât de încântată”, a spus ea. „După aceea, am început să înțelegem ce se întâmplă și de ce se schimba orientarea cristalului; am încercat diferite metode și programe de procesare pentru a manipula această schimbare.”
Această descoperire va deschide arii extinse de cercetare, ea a spus. Acesta este doar începutul acestui nou drum interesant de a găsi noi materiale.
Comentarii:
Adauga Comentariu