Композитов, изготовленных на основе самосборки неорганических материалов ценятся за их уникальную прочность и тепловые, оптические и магнитные свойства. Однако, поскольку самостоятельной сборки может быть трудно контролировать, образовавшиеся структуры могут быть весьма неупорядоченной, что приводит к дефектам при крупносерийном производстве. Исследователи из Университета штата Иллинойс и Университета штата Мичиган разработали технологию шаблонов, что вселяет больший порядок и рождает новые 3D-структуры в особый класс материалов, называют эвтектикой, с образованием новых, высокоэффективных материалов.
Результаты совместных исследований были опубликованы в журнале Nature.
Эвтектические материалы содержат элементы и соединения, которые имеют различные температуры плавления и затвердевания. В сочетании, однако, образуется композит имеет один плавления и температурами замерзания-например, когда соль и вода объединяются в рассоле, который замерзает при более низкой температуре, чем только вода и соль, говорят исследователи. Когда эвтектическая жидкость застывает, отдельные компоненты отдельно, образуя целостную структуру-чаще всего в слоистой форме. Тот факт, что эвтектика материалов самостоятельно собрать в композитах делает их весьма желательно для многих современных технологий, начиная от высокопроизводительных турбинных лопаток для пайки сплавов.
«Имея единую точку плавления имеет преимущества в сводной обработке материалов», — сказал Пол Браун, профессор материаловедения и инженерии и директор Научно-исследовательского материалами лаборатории У. И., который вел проект. «Вместо нанесения слоев материала в отдельности, мы начинаем с жидкостью, самоорганизующуюся, как он твердеет. Это может ускорить производство и позволяет нам делать большие объемы за один раз».
Однако, самостоятельная сборка может привести к проблемам, сказал он, так как ее неконтролируемый характер могут образовываться дефекты.
«Шаблоны-это обычная практика используется в органической переработки полимеров», — говорит Ашиш Кулкарни, студент-выпускник Иллинойс и первый автор исследования. «Однако, это не то, что было исследовано в неорганических обработки материалов, потому что неорганические микроструктур жестче и жестче контролировать.»
Чтобы продемонстрировать этот процесс в лаборатории, команда создала шаблоны с крошечными посты расположены в гексагональной формы контроля повторного затвердевания расплава, содержащего хлорид серебра и хлорид калия — эвтектический материал, что естественно образует пласты, как он охлаждается.
«Если не контролировать, то только микроструктур эту систему образуют несколько слоев», — сказал Katsuyo Торнтон, профессор материаловедения и инженерии Мичиганского университета, которые провели компьютерное моделирование с аспирантом Эрик Хэнсон, оба из которых изучают соавторы. «Мы можем варьировать скорость охлаждения, чтобы сделать толще или тоньше, но картина остается прежней. При добавлении шаблона, что жидкость застывает вокруг, как мы надеялись, появляются новые модели.»
Ученые обнаружили, что как серебра и хлорида калия расплава до затвердевания вокруг гексагональной формы шаблоны, сообщения, мешать слоя формации и построения сложных с различными квадратную, треугольную и сотовидную микроструктур вместо — особенности структуры в зависимости от расстояния между столбами на шаблоне.
«Повторяющийся характер этих шаблонов и вновь образованных структур снижает вероятность дефектов в форме», — сказал Браун. «Таким образом, мы не только форма захватывающих новых микроструктур, но мы также сократили количество дефектов в результате композитного материала.»
Исследователи будут изучать, как новый микроструктур влиять на физические свойства широкого спектра эвтектических материалов.
«Материалы мы использовали в наших экспериментах являются прозрачными, поэтому первое направление в может быть для изучения оптических материалов, и существует большой потенциал в области фотонных кристаллов», — сказал Браун. «Мы по-прежнему далеки от реального применения, но возможности в изобилии.»
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!