آشنایی با مواد سرامیکی' 'ملات' ممکن است به فاش کردن راه هایی برای بهبود آنها

MADISON -- هنگامی که اکثر مردم فکر می کنم از سرامیک های آنها ممکن است تصور خود را در مورد علاقه لیوان یا گلدان. اما تکنولوژی مدرن پر است از سرامیک پیشرفته از سیلیکون پانل های خورشیدی به ابررساناهای سرامیکی و پزشکی ایمپلنت.

بسیاری از کسانی که پیشرفته چندبلوری سرامیک ترکیبی از دانه کریستالی که در سطح میکروسکوپی شبیه به یک سنگ حصار برگزار شد همراه با سنگ آهک ملات. مانند آن حصار قدرت سرامیک مصمم است با قدرت ملات--که در سرامیک است که مرز دانه یا مناطق که در آن دانه های مختلف دیدار خواهد کرد.

پیش از این بسیاری از محققان بر این باور شیمی از این دانه مرزهای سرامیک بسیار پایدار است. اما یک مطالعه جدید که توسط علم مواد مهندسین در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون نشان می دهد که این مورد نیست. در واقع در این مهم مواد و سرامیک سیلیکون کاربید کربن اتم جمع آوری در آن دانه مرزهای زمانی که این مواد در معرض تابش اشعه. این یافته می تواند کمک به مهندسین درک بهتر خواص سرامیک و می تواند کمک به ریز تنظیم نسل جدیدی از مواد سرامیکی.

جزئیات این مطالعه به نظر می رسد امروز در مجله Nature Materials.

پس از سال 1970 محققان آگاه بوده است مشابه تابش ناشی از تبعیض نژادی در آلیاژهای فلزی. از آنجا که فلز اتم به اشتراک گذاری الکترون ها آزادانه آنها قادر به ترکیب و unmix به راحتی. زمانی که آنها در حال بمباران توسط یون تابش برخی از اتم ها در فلزات پاپ خارج از محل و حرکت به سوی مرزهای دانه و اگر نوع مختلف از اتم ها حرکت در نرخ های مختلف شیمی از این آلیاژ می توان تغییر.

اتم در سرامیک بسیار انتخابی که در مورد همسایگان آنها اوراق قرضه با اوراق قرضه بسیار قوی تر از در فلزات است. به همین دلیل محققان معتقد بودند این اتم نیست موضوع به همان نوع تبعیض نژادی است. اما زمانی که Izabela Szlufarska استاد علوم و مهندسی مواد در UW-Madison آغاز شد و به دنبال نزدیک در مرزهای دانه از سیلیکون کاربید آن چیزی نیست که او در بر داشت.

"در سیلیکون کاربید سیلیکون و کربن واقعا می خواهید به زوج با هم; آنها می خواهند به 50 درصد کربن و 50 درصد سیلیکون," او می گوید.

اما زمانی که تیم او زد شبیه سازی و همچنین تصویربرداری مرزهای دانه های کربن غلظت آن تنها 45 درصد در مرزهای. "شیمی بود فقط واقعا خاموش," او می گوید. "بود که تعجب برای اولین بار از این مواد واقعا می خواهد به دستور اتم است."

این پیشنهاد که سیلیکون کاربید نیز ممکن است در معرض تابش ناشی از تبعیض نژادی است. بنابراین Szlufarska و تیم بمباران این ماده با یون تابش پیدا کردن که بین 300 درجه سانتیگراد و 600 درجه سانتیگراد مرزهای دانه با تجربه کربن غنی سازی.

در کسانی که سطح انرژی تابش باعث می شود برخی از اتم های کربن به پاپ از محل ایجاد یک جفت از نقص در سیلیکون کاربید از جمله یک نقطه خالی به نام جای خالی و سست اتم کربن به نام بینابینی. کسانی که ازاد بینابینی اتم مهاجرت به مرزهای دانه که در آن آنها تجمع تاثیر مواد شیمی.

علاوه بر این واقعیت است که محققان به سادگی باور نمی کند این نوع تبعیض نژادی را می تواند سرامیک Szlufarska می گوید که تا زمانی که به تازگی آنها نیز فاقد ابزار حتی به بررسی این پدیده است. پس از پر زحمت ساخت و تهیه کاربید سیلیکون بی کریستال, state-of-the-art اسکن الکترونی عبوری میکروسکوپ انجام شده در UW-مدیسون و Oak Ridge National Laboratory تیم اجازه به حل و فصل ترکیب شیمیایی در امتداد مرزهای دانه.

این تیم معتقد است پدیده ای است که به احتمال زیاد به رخ می دهد در دیگر چندبلوری سرامیک به عنوان به خوبی. این فرایند یک شمشیر دو لبه: از یک طرف تابش ناشی از تبعیض نژادی به معنی سرامیک در معرض همان نوع آسیب و زوال در مرزدانهها به عنوان آلیاژهای فلزی هر چند در دماهای مختلف. از سوی دیگر این تفکیک می تواند مفید باشد در مواد مهندسی برای تولید نسخه های تخصصی سرامیک مانند کاربید سیلیکون استفاده شده است که در, انرژی هسته ای, موتورهای جت و دیگر تکنولوژی بالا برنامه های کاربردی.

"شاید این تابش می تواند به عنوان یک ابزار به لحن خوب مرز دانه شیمی می گوید:" وانگ زینگ مطالعه همکاری نویسنده و استاد در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا که مشغول به کار در این تحقیق در حالی که درآمد دکترای خود را در UW-مدیسون است. "است که می تواند مفید باشد برای ما در آینده است."

###

این پژوهش با حمایت مالی از دپارتمان انرژی ایالات متحده (DE-FG02-08ER46493) و بنیاد ملی علوم (DMR-1720415).

-- Jason دیلی jgdaley@wisc.edu

سلب مسئولیت: AAAS و EurekAlert! مسئول صحت اخبار منتشر شده به EurekAlert! با کمک موسسات و یا برای استفاده از هر گونه اطلاعات از طریق EurekAlert سیستم.