नैनोक्रिस्टलाइन सामग्री

नैनोक्रिस्टलाइन (एनसी) पदार्थ केवल कुछ नैनोमीटर के क्रिस्टलीय आकार के साथ एक पॉलीक्रिस्टलाइन पदार्थ है। ये सामग्रियां बिना किसी लंबी दूरी के क्रम और पारंपरिक मोटे कण वाले पदार्थ के बिना आकारहीन पदार्थ के बीच के अंतर को कम करती हैं। परिभाषाएं भिन्न-भिन्न होती हैं, किन्तु नैनोक्रिस्टलाइन पदार्थ को सामान्यतः 100 एनएम से नीचे क्रिस्टलीय (कण) आकार के रूप में परिभाषित किया जाता है। 100–500 एनएम से कण के आकार को सामान्यतः अति सूक्ष्म कण माना जाता है।

एक्स-रे विवर्तन का उपयोग करके एनसी मानक के कण के आकार का अनुमान लगाया जा सकता है। बहुत छोटे कण के आकार वाले पदार्थ में, विवर्तन चोटियों को चौड़ा किया जाएगा। यह चौड़ीकरण विलियमसन-हॉल प्लॉट या अधिक परिष्कृत विधियों जैसे कि वॉरेन एवरबैक विधि या विवर्तन प्रारूप के कंप्यूटर मॉडलिंग जैसे शेरेर समीकरण (~ 50 एनएम तक प्रायुक्त) का उपयोग करके क्रिस्टलीय आकार से संबंधित हो सकता है। क्रिस्टलीय आकार को सीधे ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके मापा जा सकता है।

संश्लेषण

नैनोक्रिस्टलाइन पदार्थ को कई विधियों से तैयार किया जा सकता है। विधियों को सामान्यतः पदार्थ की स्थिति के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है, जो नैनोक्रिस्टलाइन अंतिम उत्पाद बनाने से पहले पदार्थ के संक्रमण के माध्यम से होता है।

ठोस-अवस्था प्रक्रिया

ठोस-अवस्था प्रक्रियाओं में पदार्थ को पिघलाना या वाष्पित करना सम्मिलित नहीं होता है और सामान्यतः अपेक्षाकृत कम तापमान पर किया जाता है। ठोस अवस्था प्रक्रियाओं के उदाहरणों में उच्च-ऊर्जा बॉल मिल और कुछ प्रकार की गंभीर प्लास्टिक विरूपण प्रक्रियाओं का उपयोग करके यांत्रिक मिश्रधातु सम्मिलित हैं।

तरल प्रसंस्करण

मेल्ट स्पिनिंग जैसी प्रक्रिया का उपयोग करके तरल से तेजी से ठोसकरण द्वारा नैनोक्रिस्टलाइन धातुओं का उत्पादन किया जा सकता है। यह अधिकांश आकारहीन धातु का उत्पादन करता है, जिसे क्रिस्टलीकरण तापमान से ऊपर एनीलिंग (धातु विज्ञान) द्वारा नैनोक्रिस्टलाइन धातु में परिवर्तित किया जा सकता है।

वाष्प-चरण प्रसंस्करण

एमओसीवीडी जैसी वाष्प निक्षेपण प्रक्रियाओं का उपयोग करके नैनोक्रिस्टलाइन पदार्थ की पतली फिल्मों का उत्पादन किया जा सकता है।

समाधान प्रसंस्करण

कुछ धातुओं, विशेष रूप से निकल और निकल मिश्र धातुओं को विद्युत का उपयोग करके नैनोक्रिस्टलाइन फ़ॉइल में बनाया जा सकता है।

यांत्रिक गुण

नैनोक्रिस्टलाइन पदार्थ उनके मोटे कण वाले प्रकारों के सापेक्ष असाधारण यांत्रिक गुण दिखाती है। क्योंकि नैनोक्रिस्टलाइन पदार्थ में कण की सीमाओं का आयतन अंश 30% जितना बड़ा हो सकता है, नैनोक्रिस्टलाइन पदार्थ के यांत्रिक गुण इस आकारहीन कण सीमा चरण से काफी प्रभावित होते हैं। उदाहरण के लिए, लोचदार मापांक को नैनोक्रिस्टलाइन धातुओं के लिए 30% और नैनोक्रिस्टलाइन आयनिक पदार्थ के लिए 50% से अधिक कम दिखाया गया है। ऐसा इसलिए है क्योंकि आकारहीन कण सीमा क्षेत्र क्रिस्टलीय कण की तुलना में कम घने होते हैं, और इस प्रकार प्रति परमाणु $\Omega$ में एक बड़ी मात्रा होती है। यह मानते हुए कि अंतर-परमाण्विक क्षमता, $U(\Omega )$, कण की सीमाओं के अंदर वैसा ही है जैसा कि अधिकांश कण, लोचदार मापांक $E\propto \partial ^{2}U/\partial \Omega ^{2}$ में होता है, अधिकांश कण की तुलना में कण सीमा क्षेत्रों में छोटा होगा। इस प्रकार, मिश्रण के नियम के माध्यम से, नैनोक्रिस्टलाइन पदार्थ के अधिकांश क्रिस्टलीय रूप की तुलना में कम लोचदार मापांक होगा।

नैनोक्रिस्टलाइन धातु

नैनोक्रिस्टलाइन धातुओं की असाधारण प्रवाह शक्ति कण की सीमा को मजबूत करने के कारण होती है, क्योंकि अव्यवस्था की गति को अवरुद्ध करने के लिए कण की सीमाएं अधिक प्रभावी होती हैं। प्रवाह तब होती है जब कण की सीमा पर अव्यवस्था ढेर के कारण प्रतिबल आसन्न कण में विस्थापन की पर्ची को सक्रिय करने के लिए पर्याप्त हो जाता है। जैसे-जैसे दानों का आकार घटता जाता है, यह गंभीर प्रतिबल बढ़ता जाता है, और इन भौतिकी को अनुभवजन्य रूप से हॉल-पेच संबंध द्वारा ग्रहण किया जाता है,

$\sigma _{y}=\sigma _{0}+Kd^{-1/2},$

जहाँ $\sigma _{y}$ प्रवाह प्रतिबल है, और $\sigma _{0}$ पदार्थ-विशिष्ट स्थिरांक है जो अन्य सभी सुदृढ़ीकरण तंत्रों के प्रभावों के लिए जिम्मेदार है, $K$ पदार्थ-विशिष्ट स्थिरांक है जो कण के आकार को मजबूत करने के लिए धातु की प्रतिक्रिया के परिमाण का वर्णन करता है, और $d$ औसत कण का आकार है। इसके अतिरिक्त, क्योंकि नैनोक्रिस्टलाइन कण एक महत्वपूर्ण संख्या में अव्यवस्थाओं को समाहित करने के लिए बहुत छोटा है, नैनोक्रिस्टलाइन धातु नगण्य मात्रा में प्रतिबल-सख्त हो जाती है, और इस प्रकार नैनोक्रिस्टलाइन पदार्थ को पूर्ण प्लास्टिसिटी के साथ व्यवहार करने के लिए माना जा सकता है।

जैसे-जैसे कण का आकार घटता जाता है, महत्वपूर्ण कण का आकार पहुँच जाता है, जिस पर अंतर-कणीय विकृति, अर्थात् कण की सीमा खिसकना, अंतराकणिक अव्यवस्था गति की तुलना में अधिक ऊर्जावान रूप से अनुकूल हो जाती है। इस महत्वपूर्ण कण के आकार के नीचे, जिसे अधिकांश "रिवर्स" या "उलटा" हॉल-पेट शासन के रूप में संदर्भित किया जाता है, कण के आकार में कोई और कमी पदार्थ को कमजोर कर देती है क्योंकि कण सीमा क्षेत्र में वृद्धि से कण की सीमा फिसलने में वृद्धि होती है। चेंड्रॉस और आर्गिबे ने चिपचिपा प्रवाह के रूप में कण की सीमा फिसलने का मॉडल तैयार किया और इस व्यवस्था में पदार्थ की प्रवाह शक्ति को भौतिक गुणों के रूप में संबंधित किया

$\tau ={\bigg (}L{\frac {\rho _{L}}{M}}{\bigg )}{\bigg (}1-{\frac {T}{T_{m}}}{\bigg )}f_{g},$

जहाँ $L$ संलयन की तापीय धारिता है, $\rho _{L}/M$ आकारहीन चरण में परमाणु मात्रा है, $T_{m}$ पिघलने का तापमान है, और $f_{g}$ कण बनाम कण की सीमाओं में पदार्थ का आयतन अंश है, जिस $f_{g}=(1-\delta /d)^{3}$ द्वारा दिया गया है, जहाँ $\delta$ कण सीमा मोटाई है और सामान्यतः 1 एनएम के क्रम में है। हॉल-पेट संबंध के साथ इस रेखा के प्रतिच्छेदन द्वारा धातु की अधिकतम शक्ति दी जाती है, जो सामान्यतः बीसीसी और एफसीसी धातुओं के लिए $d$ = 10 एनएम के कण के आकार के आसपास होती है।

कण की सीमाओं के एक बड़े मात्रा अंश से जुड़ी बड़ी मात्रा में इंटरफैसिअल ऊर्जा के कारण, नैनोक्रिस्टलाइन धातुएं ऊष्मीय रूप से अस्थिर होती हैं। निम्न-पिघलने वाली धातुओं (अर्थात अल्युमीनियम, विश्वास करना और लेड) के नैनोक्रिस्टलाइन नमूनों में, परिवेश के तापमान के संपर्क में आने के 24 घंटों के बाद मानकों के कण का आकार 10 से 20 एनएम तक दोगुना देखा गया। यद्यपि उच्च गलनांक वाली पदार्थ कमरे के तापमान पर अधिक स्थिर होती है, नैनोक्रिस्टलाइन फीडस्टॉक को मैक्रोस्कोपिक घटक में समेकित करने के लिए अधिकांश पदार्थ को विस्तारित अवधि के लिए ऊंचे तापमान पर प्रकाशित करने की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप नैनोक्रिस्टलाइन माइक्रोस्ट्रक्चर का मोटा होना होगा। इस प्रकार, तापीय रूप सूक्ष्म रूप से स्थिर नैनोक्रिस्टलाइन मिश्र धातु मिश्र धातु काफी इंजीनियरिंग रुचि के हैं। प्रयोगों से पता चला है कि पारंपरिक माइक्रोस्ट्रक्चरल स्थिरीकरण विधि जैसे कि विलेय पृथक्करण के माध्यम से कण की सीमा तय करना या विलेय सांद्रता में वृद्धि कुछ मिश्र धातु प्रणालियों में सफल सिद्ध हुई है, जैसे कि Pd-Zr और Ni-W।

नैनोक्रिस्टलाइन सिरेमिक

जबकि मिट्टी के पात्र के यांत्रिक व्यवहार में अधिकांश दोष होते हैं, अर्थात् कण के आकार के बजाय सरंध्रता, उच्च घनत्व वाले सिरेमिक नमूनों में कण के आकार की मजबूती भी देखी जाती है। इसके अतिरिक्त, नैनोक्रिस्टलाइन सिरेमिक्स को बल्क सिरेमिक्स की तुलना में अधिक तेजी से सिंटर करने के लिए दिखाया गया है, जिससे उच्च घनत्व और बेहतर यांत्रिक गुण होते हैं, चूंकि उच्च दबावों और ऊंचे तापमानों के लिए विस्तारित एक्सपोजर को पूर्ण घनत्व के भाग को सिंटर करने के लिए आवश्यक नैनोस्ट्रक्चर के मोटे होने का परिणाम हो सकता है।

नैनोक्रिस्टलाइन पदार्थ से जुड़ी कण की सीमाओं का बड़ा मात्रा अंश सिरेमिक सिस्टम में रोचक व्यवहार का कारण बनता है, जैसे अन्यथा भंगुर सिरेमिक में सुपरप्लास्टी कण बाउंड्री का बड़ा वॉल्यूम अंश कोबल रेंगना के माध्यम से परमाणुओं के महत्वपूर्ण विसारक प्रवाह की अनुमति देता है, जो नैनोक्रिस्टलाइन धातुओं में कण बाउंड्री स्लाइडिंग विरूपण तंत्र के अनुरूप है। क्योंकि विसारक रेंगना दर के रूप में $d^{-3}$ और रेखीय रूप से कण बाउंड्री डिफ्यूसिविटी के साथ, कण के आकार को 10 माइक्रोन से 10 एनएम तक रिफाइन करने से विसरणीय रेंगने की दर में परिमाण के लगभग 11 ऑर्डर बढ़ सकते हैं। यह सुपरप्लास्टिक सिरेमिक घटकों के प्रसंस्करण के लिए अमूल्य सिद्ध हो सकता है, क्योंकि पदार्थ को बनाने के बाद अतिरिक्त थर्मल उपचार के माध्यम से पारंपरिक, मोटे कण वाले पदार्थ में परिवर्तित किया जा सकता है।

प्रसंस्करण

जबकि फ़ॉइल, पाउडर और तारों के रूप में नैनोक्रिस्टलाइन फीडस्टॉक्स का संश्लेषण अपेक्षाकृत सीधा है, नैनोक्रिस्टलाइन फीडस्टॉक्स की प्रवृत्ति ऊंचे तापमान के विस्तारित जोखिम पर मोटे होने का अर्थ है कि इन फीडस्टॉक्स को बल्क में समेकित करने के लिए कम तापमान और तेजी से घनत्व तकनीक आवश्यक है। अवयव। इस संबंध में कई तरह की तकनीकें क्षमता दिखाती हैं, जैसे स्पार्क प्लाज्मा सिंटरिंग या अल्ट्रासोनिक योगात्मक निर्माण, चूंकि व्यावसायिक स्तर पर अधिकांश नैनोक्रिस्टलाइन घटकों का संश्लेषण अस्थिर रहता है।

यह भी देखें

• नैनोक्रिस्टल
• नैनोकण
• क्वांटम डॉट

संदर्भ

• A. Inoue; K. Hashimoto, eds. (2001). Amorphous and nanocrystalline materials : preparation, properties, and applications. Berlin: Springer. ISBN 3540672710.