Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com.Tha thu a’ cleachdadh dreach brobhsair le taic CSS cuibhrichte.Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brobhsair ùraichte (no cuir à comas Modh Co-chòrdalachd ann an Internet Explorer).A bharrachd air an sin, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, bidh sinn a 'sealltainn an làrach gun stoidhlichean agus JavaScript.
A’ taisbeanadh carousel de thrì sleamhnagan aig an aon àm.Cleachd na putanan Roimhe agus Air adhart gus gluasad tro thrì sleamhnagan aig an aon àm, no cleachd na putanan sleamhnag aig an deireadh gus gluasad tro thrì sleamhnagan aig an aon àm.
Anns na beagan bhliadhnaichean a dh ’fhalbh, tha aloidhean meatailt liùlach air a bhith air a leasachadh gu luath airson a bhith a’ dèanamh structaran porous agus co-dhèanta de mheud nano-/ meso le eadar-aghaidh ultra-mòr airson diofar stuthan.Ach, tha dà chuingealachadh cudromach aig an dòigh-obrach seo an-dràsta.An toiseach, bidh e a’ gineadh structaran dà-leantainneach le topology àrd-òrdugh airson raon cuibhrichte de sgrìobhaidhean alloy.San dàrna h-àite, tha meud nas motha den inneal-ceangail aig an structar mar thoradh air leudachadh mòr rè dealachadh àrd-teòthachd.An seo, bidh sinn a’ sealltainn gu àireamhach agus gu deuchainneach gum faodar faighinn seachad air na cuingeadan sin le bhith a’ cur eileamaid ri leaghadh meatailt a bhrosnaicheas topology àrd-ìre le bhith a’ cuingealachadh aodion eileamaidean do-chreidsinneach aig àm dì-cheangail.An ath rud, bidh sinn a’ mìneachadh an lorg seo le bhith a’ sealltainn gu bheil an gluasad mòr-sgaoilidh de eileamaidean do-chreidsinneach ann an leaghadh leaghan a’ toirt buaidh làidir air mean-fhàs na bloigh chruaidh agus topology structaran aig àm frasadh.Tha na toraidhean a’ nochdadh eadar-dhealachaidhean bunaiteach eadar meatailtean liùlach agus toirt air falbh neo-chunbhalachd electrochemical, agus bidh iad cuideachd a’ stèidheachadh dòigh ùr airson structaran fhaighinn bho mheatailtean leaghaidh le tomhasan sònraichte agus topology.
Tha tiomnadh air fàs gu bhith na theicneòlas cumhachdach agus ioma-ghnìomhach airson saothrachadh phòlaichean fosgailte meud nano-/ meso agus structaran co-dhèanta le uachdar eadar-aghaidh ultra-àrd airson grunn stuthan gnìomh agus structarail leithid catalysts1,2, ceallan connaidh3,4, capacitors electrolytic5, 6, stuthan a tha an aghaidh milleadh rèididheachd 7, stuthan bataraidh àrd-chomas le barrachd seasmhachd meacanaigeach 8, 9 no stuthan co-dhèanta le feartan meacanaigeach sàr-mhath 10, 11. alloy” san àrainneachd a-muigh, a tha a’ leantainn gu ath-eagrachadh eileamaidean alloying nach deach a sgaoileadh le topology neo-thrioblaideach, eadar-dhealaichte bho topology an alloy tùsail., Co-dhèanamh stuthan.Ged is e tiomnadh electrochemical gnàthach (ECD) a’ cleachdadh electrolytes mar an àrainneachd an fheadhainn as motha a chaidh a sgrùdadh gu ruige seo, tha an dòigh seo a’ cuingealachadh nan siostaman tiomnaidh (leithid Ag-Au no Ni-Pt) don fheadhainn anns a bheil eileamaidean caran uasal (Au, Pt) agus aig a bheil a eadar-dhealachadh mòr gu leòr ann an comas lughdachadh gus porosity a thoirt seachad.Is e ceum cudromach a dh’ ionnsaigh faighinn thairis air a ’chuingealachadh seo ath-lorg a dhèanamh o chionn ghoirid air an dòigh alloying meatailt liùlach13,14 (LMD), a bhios a’ cleachdadh aloidhean de mheatailtean leaghaidh (me, Cu, Ni, Bi, Mg, msaa) le eileamaidean eile san àrainneachd .(me TaTi, NbTi, FeCrNi, SiMg, etc.) 6,8,10,11,14,15,16,17,18,19.Bidh LMD agus an caochladair toirt air falbh alloy meatailt cruaidh (SMD) ag obair aig teodhachd nas ìsle nuair a tha am bonn-mheatailt cruaidh20,21 a’ leantainn gu measgachadh de dhà cheum eadar-dhrùidhteach no barrachd às deidh sgrìobadh ceimigeach de aon ìre.Faodaidh na h-ìrean sin atharrachadh gu pores fosgailte.structaran.Chaidh modhan tiomnaidh a leasachadh nas motha le bhith a’ toirt a-steach tiomnadh ìre bhalbhaichean (VPD) o chionn ghoirid, a bhios a’ gabhail brath air eadar-dhealachaidhean ann an cuideam vapor de eileamaidean cruaidh gus structaran nanoporous fosgailte a chruthachadh tro bhith a’ fuadachadh roghnach de aon eileamaid22,23.
Aig ìre càileachdail, tha na dòighean toirt air falbh neo-chunbhalachd sin uile a’ roinn dà fheart cumanta cudromach de phròiseas toirt air falbh neo-chunbhalachd fèin-eagraichte.An toiseach, is e seo an sgaoileadh roghnach de na h-eileamaidean alloying a chaidh ainmeachadh roimhe (leithid B anns an alloy AXB1-X as sìmplidh) san àrainneachd a-muigh.Is e an dàrna fear, a chaidh ainmeachadh an toiseach anns na sgrùdaidhean deuchainneach agus teòiridheach adhartach air an ECD24, sgaoileadh an eileamaid A nach deach a sgaoileadh air feadh an eadar-aghaidh eadar an alloy agus an àrainneachd aig àm toirt air falbh neo-chunbhalachd.Tha sgaoileadh comasach air roinnean làn atamach a chruthachadh tro phròiseas coltach ri lobhadh spinodal ann am mòr-aloidhean, ged a tha e cuingealaichte leis an eadar-aghaidh.A dh’aindeoin an ionnanachd seo, faodaidh diofar dhòighean toirt air falbh aloidhean diofar morphologies a thoirt gu buil airson adhbharan neo-shoilleir18.Fhad ‘s as urrainn dha ECD structaran àrd-òrdugh co-cheangailte ri topological a ghineadh airson bloighean atamach (X) de eileamaidean gun fhuasgladh (leithid Au ann an AgAu) cho ìosal ri 5% 25, ​​tha sgrùdaidhean coimpiutaireachd agus deuchainneach air LMD a’ sealltainn nach eil an dòigh seo a tha coltach ri chèile a’ gineadh ach structaran co-cheangailte ri topological. .Mar eisimpleir, airson X fada nas motha, tha an structar dà-chonnaidh co-cheangailte mu 20% ann an cùis aloidhean TaTi air an dealachadh le Cu melts (faic Fig. 2 ann an ref. 18 airson coimeas taobh ri taobh le diofar ECD agus LMD foirm X). ).Tha an eadar-dhealachadh seo air a mhìneachadh gu teòiridheach le inneal fàis co-cheangailte ri sgaoileadh a tha eadar-dhealaichte bho lobhadh spinodal eadar-aghaidh agus glè choltach ri fàs ceangailte ri eutectic26.Ann an àrainneachd toirt air falbh neo-chunbhalachd, tha fàs co-cheangailte ri sgaoileadh a’ leigeil le filamentan làn A (no flakes ann an 2D) agus seanalan lionn beairteach B a bhith a’ co-fhàs le sgaoileadh rè toirt air falbh neo-chunbhalachd15.Tha fàs paidhir a’ leantainn gu structar co-thaobhadh topologically neo-cheangailte ann am meadhan pàirt X agus tha e air a chumail fodha ann am pàirt ìosal X, far nach urrainn ach eileanan gun cheangal làn ìre A a chruthachadh.Aig X nas motha, bidh fàs bannaichte a’ fàs neo-sheasmhach, a’ taobhadh ri cruthachadh structaran 3D le ceangal foirfe a chumas ionracas structarail eadhon às deidh sgrìobadh aon-ìre.Gu h-inntinneach, chaidh an structar treòrachaidh a chaidh a thoirt a-mach le LMD17 no SMD20 (Fe80Cr20) XNi1-X alloys fhaicinn gu deuchainneach airson X suas gu 0.5, a’ moladh gu bheil fàs ceangailte ri sgaoileadh na inneal uile-làthaireach airson LMD agus SMD seach an ECD porous a thig gu cumanta. structar co-thaobhadh as fheàrr leotha.
Gus an adhbhar airson an eadar-dhealachadh seo eadar morf-eòlas ECD agus NMD a shoilleireachadh, rinn sinn samhlaidhean achaidh ìre agus sgrùdaidhean deuchainneach air NMD de aloidhean TaXTi1-X, anns an deach na cineatan sgaoilidh atharrachadh le bhith a’ cur eileamaidean fuasgailte ri copar leaghaidh.Cho-dhùin sinn, ged a tha an dà chuid ECD agus LMD air an riaghladh le sgaoileadh roghnach agus sgaoileadh eadar-aghaidh, gu bheil eadar-dhealachaidhean cudromach aig an dà phròiseas seo a dh’ fhaodadh eadar-dhealachaidhean moirfeòlais adhbhrachadh18.An toiseach, tha na cineatan craiceann san ECD fo smachd an eadar-aghaidh le luaths aghaidh craiceann seasmhach V12 mar ghnìomh den bholtachd gnìomhaichte.Tha seo fìor eadhon nuair a thèid bloigh bheag de ghràinean teasairginn (me Pt ​​ann an Ag-Au) a chur ris a’ phàrant alloy, a chuireas stad air fileantachd eadar-aghaidh, a bhios a’ glanadh agus a’ bunailteachadh an stuth gun choimeas, ach a chumas an aon morphology 27 .Chan fhaighear structaran ceangailte gu topologach ach aig X ìosal aig ìosal V, agus tha gleidheadh ​​​​eileamaidean measgaichte 25 mòr gus bloigh meud cruaidh a chumail mòr gu leòr gus casg a chuir air briseadh an structair.Tha seo a’ moladh gum faodadh àite cudromach a bhith aig an ìre fuasglaidh a thaobh sgaoileadh eadar-aghaidh ann an taghadh moirfeòlais.An coimeas ri sin, tha na cineatan toirt air falbh alloy ann an LMD fo smachd sgaoilidh 15,16 agus tha an ìre a’ dol sìos gu ìre nas luaithe le ùine \(V \sim \ sqrt{{D}_{l}/t}\), far a bheil Dl na eileamaid miscibility airson co-èifeachd sgaoilidh fluid..
San dàrna h-àite, rè ECD, tha solubility eileamaidean do-chreidsinneach anns an electrolyte gu math ìosal, agus mar sin chan urrainn dhaibh ach sgaoileadh air feadh an eadar-aghaidh alloy-electrolyte.An coimeas ri sin, ann an LMD, mar as trice chan eil mòran sùbailteachd leaghaidh aig na h-eileamaidean “do-chreidsinneach” (A) de aloidhean ro-làimh AXB1-X.Faodar an solubility beag seo a thoirt a-steach bho sgrùdadh air an diagram ìre ternary den t-siostam ternary CuTaTi a chithear ann am Figear Leasachail 1. Faodar solubility a thomhas le bhith a’ dealbhadh loidhne liquidus an aghaidh dùmhlachd co-chothromachd Ta agus Ti air taobh leaghaidh an eadar-aghaidh (\( {c}_{ {{{{{{\rm{Ta))))))}}}} ^{l}\ ) agus \({c}_{{{{({\rm{Ti}}) }}}} } ^ {l} \), fa leth, aig an teòthachd tiomnaidh (Fig. 1b Leasachail) eadar-aghaidh solid-liquid Tha co-chothromachd thermodynamic ionadail air a chumail suas fhad 'sa tha e a' ceangal, }}}}}}^{l}\) timcheall air seasmhach agus tha a luach co-cheangailte ri X. Tha Figear Leasachail 1b a' sealltainn gu bheil \({c}_{{{{{{\rm{Ta}}}}}))}^{l}\) a' tuiteam san raon 10 -3 − 10 ^{l}\) co-ionann ri 15.16.Faodaidh an “aodion” seo de eileamaidean do-chreidsinneach anns an alloy buaidh a thoirt air an dà chuid cruthachadh structar eadar-aghaidh aig an aghaidh delamination, ann an tionndadh, a dh’ fhaodadh cur ri sgaoileadh agus garbh an structair mar thoradh air sgaoileadh meud.
Gus measadh fa leth a dhèanamh air tabhartas (i) an ìre lùghdaichte de thoirt air falbh alloy V agus (ii) an ìre nas lugha de shìoladh de eileamaidean do-chreidsinneach a-steach don leaghadh, chaidh sinn air adhart ann an dà cheum.An toiseach, le taing do \(V \sim \sqrt{{D}_{l}/t}\), le bhith a’ sgrùdadh mean-fhàs moirfeòlais structar aghaidh a’ phasgan, bha e comasach sgrùdadh a dhèanamh air buaidh lughdachadh V gu leòr.àm mòr.Mar sin, rinn sinn sgrùdadh air a’ bhuaidh seo le bhith a’ ruith samhlaidhean achaidh ìre thar ùine nas fhaide na sgrùdaidhean roimhe, a nochd gu robh structaran co-thaobhadh neo-cheangailte ri topologically air an cruthachadh le fàs co-cheangailte ri sgaoileadh an X15 eadar-mheadhanach.San dàrna h-àite, gus sgrùdadh a dhèanamh air buaidh eileamaidean do-chreidsinneach air an ìre aoidionachd a lughdachadh, chuir sinn Ti agus Ag ris an leaghadh copair gus an ìre aoidionachd àrdachadh agus a lughdachadh, fa leth, agus rinn sinn sgrùdadh air a’ mhorf-eòlas a thàinig às, cineatan dealachaidh, agus cuairteachadh dùmhlachd anns an leaghadh.tiomnaichte Cu leaghadh tro àireamhachadh agus deuchainnean taobh a-staigh structar alloy.Tha sinn air cuir-ris Ti eadar 10% gu 30% a chuir ris na meadhanan gus an leaghadh Cu a thoirt air falbh.Bidh cur-ris Ti a’ meudachadh dùmhlachd Ti aig oir an t-sreath tiomnaichte, a lughdaicheas caisead dùmhlachd Ti taobh a-staigh an t-sreath seo agus a lughdaicheas an ìre fuasglaidh.Bidh e cuideachd ag àrdachadh ìre aoidionachd Ta le bhith ag àrdachadh \({c}_{{{({\rm{Ti}}}}}}}^{l}\), mar sin \({c}_{{{{ {). {\rm{Ta}}}}}}}^{l}\) (Fig. 1b a bharrachd). sùbailteachd eileamaidean alloying anns an leaghadh, tha sinn air an siostam ceàrnach CuAgTaTi a mhodaladh mar shiostam ternary èifeachdach (CuAg) anns a bheil solubility Ti agus Ta an urra ris an ìre de Ag ann an leaghadh CuAg (faic Nota) 2 agus Leasachail Fig. 2-4).Chan eil cur-ris Ag a’ meudachadh dùmhlachd Ti aig oir an structair tiomnaichte.Ach, leis gu bheil solubility Ti ann an Ag nas ìsle na sin Cu, tha seo a’ lughdachadh \({c}_{{{{{\rm{Ta}}}}}}^{l}\) (Fig a bharrachd .1) 4b) agus ìre aoidionachd Ta.
Tha toraidhean atharrais raointean ìre a’ sealltainn gu bheil fàs ceangailte a’ fàs neo-sheasmhach thar ùine fada gu leòr gus cruthachadh structaran le ceangal topological a bhrosnachadh aig an aghaidh lobhadh.Bidh sinn gu deuchainneach a’ dearbhadh a’ cho-dhùnaidh seo le bhith a’ sealltainn gu bheil an ìre bhunaiteach den alloy Ta15T85, a tha faisg air an aghaidh delamination aig ìre delamination nas fhaide air adhart, fhathast ceangailte gu topologically às deidh a bhith a’ seargadh na h-ìre làn copair.Tha na co-dhùnaidhean againn cuideachd a’ nochdadh gu bheil buaidh mhòr aig an ìre aoidionachd air mean-fhàs moirfeòlais mar thoradh air còmhdhail mòr sgaoilte de eileamaidean do-chreidsinneach ann an leaghaidh leaghaidh.Tha e air a shealltainn an seo gu bheil a 'bhuaidh seo, a tha neo-làthaireach ann an ECD, a' toirt buaidh làidir air pròifilean cruinneachaidh diofar eileamaidean anns an t-sreath tiomnaichte, bloigh na h-ìre cruaidh, agus topology structar LMD.
Anns an earrainn seo, bidh sinn an-toiseach a’ taisbeanadh toraidhean an sgrùdaidh againn le bhith a’ dèanamh atharrais air a’ bhuaidh a bhiodh aig Ti no Ag a chur ri leaghan Cu a’ leantainn gu diofar morphologies.Air fige.Tha Figear 1 a’ taisbeanadh toraidhean modaladh trì-thaobhach den raon ìre de aloidhean TaXTi1-X a fhuaireadh bho Cu70Ti30, Cu70Ag30 agus leaghan copair fìor-ghlan le susbaint ìosal atamach de eileamaidean do-chreidsinneach bho 5 gu 15%.Tha a’ chiad dà shreath a’ sealltainn gu bheil cur ris an dà chuid Ti agus Ag a’ brosnachadh cruthachadh structaran le ceangal topologically an coimeas ri structar neo-cheangailte Cu fìor (treas sreath).Ach, le bhith a’ cur Ti a-steach, mar a bhiodh dùil, mheudaich aoidion Ta, mar sin a’ cur casg air delamination de aloidhean X ìosal (Ta5Ti95 agus Ta10Ti90) agus ag adhbhrachadh sgaoileadh mòr den t-sreath porous exfoliated aig àm delamination Ta15Ti85.Air an làimh eile, tha cur-ris Ag (dàrna sreath) a ’cur ri bhith a’ cruthachadh structar co-cheangailte ri topological de gach pàirt den alloy bonn le beagan sgaoileadh den t-sreath tiomnaichte.Tha cruthachadh structar dà-leantainneach air a nochdadh cuideachd ann am Figs.1b, a sheallas ìomhaighean den structar tiomnaichte le doimhneachd delamination a tha a’ sìor fhàs bho chlì gu deas agus ìomhaigh den eadar-aghaidh solid-liquid aig doimhneachd as àirde (dealbh fada deas).
Samhladh achaidh ìre 3D (128 × 128 × 128 nm3) a’ sealltainn a’ bhuaidh iongantach a th’ aig a bhith a’ cur solute ri leaghadh leaghan air morf-eòlas deireannach an alloy tiomnaichte.Tha an comharra gu h-àrd a’ nochdadh co-dhèanamh an alloy phàrant (TaXTi1-X) agus tha an comharra dìreach a’ comharrachadh co-dhèanamh leaghte a’ mheadhan bogaidh stèidhichte air Cu.Tha raointean le dùmhlachd àrd Ta san structar gun neo-chunbhalachd air an sealltainn ann an donn, agus tha an eadar-aghaidh solid-liquid air a shealltainn ann an gorm.b Samhlachadh trì-thaobhach de raon ìre an alloy ro-ruithear Ta15Ti85 gun chòmhdach anns an leaghadh Cu70Ag30 (190 × 190 × 190 nm3).Tha a’ chiad 3 frèamaichean a’ sealltainn sgìre chruaidh an structair tiomnaichte aig diofar dhoimhneachd tiomnaidh, agus chan eil am frèam mu dheireadh a’ sealltainn ach an eadar-aghaidh solid-liquid aig an doimhneachd as àirde.Tha am film co-chosmhail ri (b) ri fhaicinn ann am Fiolm Leasachail 1.
Chaidh tuilleadh sgrùdaidh a dhèanamh air buaidh cur-ris solute le samhlaidhean achaidh ìre 2D, a thug seachad fiosrachadh a bharrachd mu bhith a’ cruthachadh modh eadar-aghaidh aig an aghaidh delamination agus a leig le cothrom faighinn gu ìrean nas fhaide agus clàran-ama na samhlaidhean 3D gus na cineatan delamination a thomhas.Air fige.Tha Figear 2 a 'sealltainn ìomhaighean de bhith a' dèanamh atharrais air a bhith a 'toirt air falbh an alloy ro-làimh Ta15Ti85 tro Cu70Ti30 agus Cu70Ag30 a' leaghadh.Anns gach suidheachadh, tha fàs ceangailte ri sgaoileadh gu math neo-sheasmhach.An àite a bhith a’ dol a-steach gu dìreach a-steach don alloy, bidh molaidhean nan seanalan siùbhlach a’ gluasad gu caotically clì is deas ann an slighean iom-fhillte tro phròiseas fàis seasmhach a bhrosnaicheas structaran co-cheangailte a bhrosnaicheas cruthachadh structaran co-cheangailte ri topological ann an àite 3D (Fig. 1).Ach, tha eadar-dhealachadh cudromach eadar cuir-ris Ti agus Ag.Airson an leaghadh Cu70Ti30 (Fig. 2a), bidh bualadh dà sheanail leaghaidh a’ leantainn gu aonadh an eadar-aghaidh solid-liquid, a tha a’ leantainn gu eas-tharraing nan ceanglachan cruaidh a ghlac an dà sheanail bhon structar agus, aig a’ cheann thall, gu sgaoileadh. .Air an làimh eile, airson leaghadh Cu70Ag30 (Fig. 2b), tha beairteachadh Ta aig an eadar-aghaidh eadar na h-ìrean cruaidh agus leaghan a ’cur casg air co-aonadh mar thoradh air lùghdachadh ann an aodion Ta a-steach don leaghadh.Mar thoradh air an sin, tha teannachadh a ’cheangail aig an aghaidh delamination air a chumail fodha, agus mar sin a’ brosnachadh cruthachadh structaran ceangail.Gu h-inntinneach, tha an gluasad oscillatory chaotic den t-sianal leaghan a’ cruthachadh structar dà-thaobhach le ìre de cho-thaobhadh nuair a thèid an gearradh sìos (Fig. 2b).Ach, chan eil an co-thaobhadh seo mar thoradh air fàs seasmhach den cheangal.Ann an 3D, tha dol-a-steach neo-sheasmhach a’ cruthachadh structar dà-chonnaidh ceangailte neo-coaxial (Fig. 1b).
Dealbhan de shamhlaidhean achaidh ìre 2D de leaghan Cu70Ti30 (a) agus Cu70Ag30 (b) air an ath-chur gu alloy Ta15Ti85 a’ nochdadh fàs neo-sheasmhach ceangailte ri sgaoileadh.Dealbhan a’ sealltainn diofar dhoimhneachd toirt air falbh neo-chunbhalachd air a thomhas bho shuidheachadh tùsail an eadar-aghaidh rèidh rèidh / leaghan.Tha na h-insets a’ nochdadh diofar rèimean de thubaistean seanail leaghaidh, a’ leantainn gu bhith a’ sgaradh luchd-ceangail cruaidh agus a’ gleidheadh ​​​​leaghan Cu70Ti30 agus Cu70Ag30, fa leth.Is e leud àrainn Cu70Ti30 1024 nm, is e Cu70Ag30 384 nm.Tha an còmhlan dathte a’ comharrachadh dùmhlachd Ta, agus tha na dathan eadar-dhealaichte a’ dèanamh eadar-dhealachadh eadar an roinn leaghan (gorm dorcha), an alloy bonn (gorm aotrom), agus an structar gun chead (cha mhòr dearg).Tha filmichean de na samhlaidhean sin rim faicinn ann an Supplemental Movies 2 agus 3, a tha a’ soilleireachadh na slighean iom-fhillte a tha a’ dol a-steach do shianalan lionn rè fàs neo-sheasmhach ceangailte ri sgaoileadh.
Tha toraidhean eile de shamhlachadh raon ìre 2D air an sealltainn ann am Fig.3.Graf de dhoimhneachd delamination an aghaidh ùine (leathad co-ionann ri V) ann am fige.Tha 3a a’ sealltainn gu bheil cur Ti no Ag ris an leaghadh Cu a’ slaodadh sìos na cineataigs dealachaidh, mar a bhiodh dùil.Air fige.Tha 3b a’ sealltainn gu bheil an slaodachadh seo air adhbhrachadh le lùghdachadh ann an caisead dùmhlachd Ti anns an leaghan taobh a-staigh an t-sreath tiomnaichte.Tha e cuideachd a’ sealltainn gu bheil cur-ris Ti (Ag) a’ meudachadh (lùghdachadh) dùmhlachd Ti air taobh leaghan an eadar-aghaidh (\({c}_{{{{{{\rm{Ti))))))) ))) ^{l \) ), a tha ag adhbhrachadh aodion Ta, air a thomhas leis a’ bhloigh de Ta a chaidh a sgaoileadh anns an leaghadh mar ghnìomh ùine (Fig. 3c), a tha ag àrdachadh (lùghdachadh) le bhith a’ cur Ti (Ag. ).Tha Figear 3d a’ sealltainn gu bheil an bloigh lìonaidh de sholaidean fhathast os cionn na stairsnich airson structaran dà-leantainneach co-cheangailte ri topological28,29,30 a chruthachadh.Fhad ‘s a tha e a’ cur Ti ris an leaghadh ag àrdachadh aodion Ta, bidh e cuideachd a ’meudachadh gleidheadh ​​​​Ti anns an inneal-ceangail cruaidh mar thoradh air co-chothromachd ìre, agus mar sin a’ meudachadh bloigh an lìonaidh gus co-leanailteachd an structair a chumail às aonais neo-chunbhalachd.Bidh ar n-àireamhachadh sa chumantas ag aontachadh le tomhasan deuchainneach den bloigh lìonaidh den aghaidh delamination.
Bidh an atharrais raon ìre den alloy Ta15Ti85 a’ tomhas na buaidhean eadar-dhealaichte a tha aig Ti agus Ag a bharrachd air an leaghadh Cu air na cineatan toirt air falbh alloy air a thomhas bhon doimhneachd toirt air falbh alloy mar ghnìomh ùine (a), ìomhaigh dùmhlachd Ti anns an leaghan aig an doimhneachd toirt air falbh alloy de 400 nm (doimhneachd àicheil a’ leudachadh a-steach don leaghadh taobh a-muigh an structar alloy (aghaidh alloy air an taobh chlì) b Ta aodion an aghaidh ùine (c) agus bloigh chruaidh anns an structar gun chead an aghaidh co-dhèanamh leaghaidh (d) dùmhlachd eileamaidean a bharrachd anns an leaghadh air a dhealbhadh air feadh an abscissa (d). (Ti - loidhne uaine, Ag - loidhne purpaidh agus deuchainn).
Leis gu bheil astar an aghaidh delamination a ’dol sìos thar ùine, tha mean-fhàs a’ mhorf-eòlas aig àm delamination a ’sealltainn buaidh lughdachadh astar delamination.Ann an sgrùdadh raoin ìre roimhe, chunnaic sinn fàs ceangailte coltach ri eutectic a’ leantainn gu structaran neo-cheangailte ri topologically nuair a chaidh an alloy ro-ruithear Ta15Ti85 a thoirt air falbh le leaghan copair fìor-ghlan15.Ach, tha ruith fhada den aon ìre atharrais achaidh a’ sealltainn (faic Fiolm Leasachail 4) nuair a dh’ fhàsas astar aghaidh an lobhadh beag gu leòr, gum fàs am fàs ceangailte neo-sheasmhach.Tha an neo-sheasmhachd ga nochdadh fhèin ann an rocadh taobhach nam flakes, a chuireas casg air an co-thaobhadh agus, mar sin, a bhrosnaicheas cruthachadh structaran ceangailte ri topological.Tha an gluasad bho fhàs seasmhach ceangailte gu fàs creagach neo-sheasmhach a’ tachairt faisg air xi = 250 nm aig ìre 4.7 mm/s.Air an làimh eile, tha an doimhneachd delamination co-fhreagarrach xi den leaghadh Cu70Ti30 timcheall air 40 nm aig an aon ìre.Mar sin, cha b’ urrainn dhuinn a leithid de chruth-atharrachadh fhaicinn nuair a bheir sinn air falbh an alloy leis an leaghadh Cu70Ti30 (faic Movie Leasachail 3), leis gu bheil cuir 30% Ti ris an leaghadh gu mòr a’ lughdachadh cinneas toirt air falbh alloy.Mu dheireadh, ged a tha fàs co-cheangailte ri sgaoileadh neo-sheasmhach mar thoradh air cinideachd delamination nas slaodaiche, tha an t-astar λ0 de cheanglaichean cruaidh aig an aghaidh delamination gu ìre mhòr a’ gèilleadh do \({ \ lambda }_{0}^{2}V=C\) lagh pàipearachd fàs15,31 far a bheil C seasmhach.
Gus deuchainn a dhèanamh air ro-innse an atharrais raon ìre, chaidh deuchainnean toirt air falbh alloy a dhèanamh le sampallan nas motha agus amannan toirt air falbh alloy nas fhaide.Tha Figear 4a na dhealbh sgeamach a’ sealltainn prìomh pharaimearan an structair tiomnaichte.Tha doimhneachd iomlan an delamination co-ionann ri xi, an astar bho chrìoch tùsail nan ìrean cruaidh is leaghan gu aghaidh delamination.Is e hL an astar bhon chiad eadar-aghaidh solid-liquid gu oir an structair tiomnaichte mus tèid a shnaidheadh.Tha hL mòr a’ comharrachadh aodion làidir Ta.Bho ìomhaigh SEM den sampall tiomnaichte, is urrainn dhuinn meud hd an structair tiomnaichte a thomhas mus tèid a shnaidheadh.Ach, leis gu bheil an leaghadh cuideachd a’ daingneachadh aig teòthachd an t-seòmair, tha e comasach structar tiomnaichte a chumail gun cheangalaichean.Mar sin, shìn sinn an leaghadh (ìre làn copair) gus an structar gluasaid fhaighinn agus chleachd sinn hC gus tiugh an structair gluasaid a thomhas.
Diagram sgeamach de mean-fhàs morf-eòlas nuair a thathar a’ toirt air falbh neo-chunbhalachd agus a’ dearbhadh paramadairean geoimeatrach: tiugh còmhdach aoidionach Ta hL, tiugh an structair delaminated hd, tiugh an structair ceangail hC.(b), (c) Dearbhadh deuchainneach air toraidhean atharrais raon ìre a’ dèanamh coimeas eadar tar-earrannan SEM agus morf-eòlas eitseil 3D de alloy Ta15Ti85 air ullachadh bho leaghadh Cu(b) agus Cu70Ag30 fìor-ghlan, a’ toirt a-mach bannan topological le meud banna èideadh Structar (c), bàr sgèile 10 µm.
Tha na h-earrannan croise de na structaran tiomnaichte air an sealltainn ann am fige.Tha 4b,c a’ dearbhadh na prìomh bhuaidhean a thathar a’ sùileachadh bho bhith a’ cur Ti agus Ag ri leaghadh Cu air morf-eòlas agus cineataigs an alloy tiomnaichte.Air fige.Tha Figear 4b a’ sealltainn na roinne as ìsle de ghearradh SEM (air an taobh chlì) den alloy Ta15T85 air a cheangal le bogadh ann an copar fìor-ghlan airson 10 s gu doimhneachd xi ~ 270 μm.Air sgèile ùine deuchainneach a ghabhas tomhas, a tha grunn òrdughan meud nas motha na ann an samhlaidhean raon ìre, tha an astar aghaidh dì-cheangail gu math nas ìsle na an luaths stairsneach a chaidh ainmeachadh roimhe de 4.7 mm / s, fon sin bidh fàs bannan eutectic seasmhach a’ fàs neo-sheasmhach.Mar sin, thathar an dùil gum bi an structar os cionn an aghaidh craiceann ceangailte gu h-iomlan gu topologically.Mus deach a shnaidheadh, chaidh sreath tana den alloy bunaiteach a sgaoileadh gu tur (hL = 20 μm), a bha co-cheangailte ri aodion Ta (Clàr 1).Às deidh sgrìobadh ceimigeach den ìre làn copair (deas), chan eil air fhàgail ach sreath tana de alloy tiomnaichte (hC = 42 µm), a’ nochdadh gun do chaill mòran den structar tiomnaichte ionracas structarail aig àm sìolachaidh agus nach robh, mar a bhiodh dùil, ceangailte gu topologically ( Fig. 1a)., an dealbh as fhaide deas san treas sreath).Air fige.Tha 4c a’ sealltainn crois-earrann slàn SEM agus ìomhaighean 3D de shnaidheadh ​​​​an alloy Ta15Ti85 air a thoirt air falbh le bogadh ann an leagh Cu70Ag30 airson 10 s gu doimhneachd timcheall air 200 µm.Leis gu bheilear an dùil gu teòiridheach gun èirich doimhneachd an sgàin le \({x}_{i}(t)=\sqrt{4p{D}_{l}t}\) cineataigs fo smachd sgaoilidh (faic Nota Leasachail 4) 15 16, Le bhith a 'cur 30% Ag ris an leaghadh Cu, tha lùghdachadh ann an doimhneachd dealachaidh bho 270 μm gu 220 μm a' freagairt ri lùghdachadh anns an àireamh Peclet p le factar de 1.5.Às deidh sgrìobadh ceimigeach den ìre beairteach Cu / Ag (deas), tha an structar tiomnaichte gu lèir a’ gleidheadh ​​​​ionracas structarail (hC = 200 µm), a’ sealltainn gur e structar dà-leantainneach a tha air a ro-innse le topologically co-cheangailte (Figear 1, an ìomhaigh as fhaide deas) an dàrna sreath agus iomlan sreath gu h-ìosal).Tha geàrr-chunntas ann an Clàr a h-uile tomhas den alloy bonn tiomnaichte Ta15T85 ann an diofar leaghadh.1. Bidh sinn cuideachd a 'toirt seachad toraidhean airson aloidhean bonn Ta10Ti90 neo-fhillte ann an diofar leaghaidh, a' dearbhadh ar co-dhùnaidhean.Sheall tomhas de thiugh còmhdach aodion Ta gu bheil an structar a chaidh a sgaoileadh anns an leaghadh Cu70Ag30 (hL = 0 μm) nas lugha na an fheadhainn anns an leaghadh Cu fìor (hL = 20 μm).Air an làimh eile, le bhith a 'cur Ti ris an leaghadh a' sgaoileadh structaran nas laige (hL = 190 μm).Tha an lùghdachadh ann an sgaoileadh an structair tiomnaichte eadar an leaghadh Cu fìor (hL = 250 μm) agus an leaghadh Cu70Ag30 (hL = 150 μm) nas fhollaisiche anns na h-aloidhean tiomnaichte stèidhichte air Ta10Ti90.
Gus buaidh diofar leaghaidh a thuigsinn, rinn sinn mion-sgrùdadh cainneachdail a bharrachd air na toraidhean deuchainneach ann am Fig. 5 (faic cuideachd Dàta Leasachail 1).Air fige.Tha figearan 5a–b a' sealltainn sgaoilidhean co-chruinneachaidh tomhais de dhiofar eileamaidean air taobh an t-slighe a-mach ann an deuchainnean exfoliation ann an leaghadh Cu fìor-ghlan (Fig. 5a) agus Cu70Ag30 leaghadh (Fig. 5b).Tha na dùmhlachd de dhiofar eileamaidean air an dealbhadh an aghaidh an astair d bhon aghaidh delamination gu oir an t-sreath delamination anns an inneal-ceangail cruaidh agus an ìre a bha leaghan (air a bheairteachadh ann an Cu no CuAg) aig àm an delamination.Eu-coltach ri ECD, far a bheil gleidheadh ​​​​eileamaidean measgaichte air a dhearbhadh leis an ìre dealachaidh, ann an LMD, tha an dùmhlachd ann an inneal-ceangail cruaidh air a dhearbhadh leis a’ cho-chothromachd thermodynamic ionadail eadar na h-ìrean cruaidh is leaghaidh agus, mar sin, feartan co-sheasmhachd an t-solus agus an leaghan. ìrean leaghan.Diagraman Stàite Alloy.Mar thoradh air sgaoileadh Ti bhon bhunait alloy, bidh an dùmhlachd Ti a ’dol sìos le àrdachadh d bhon aghaidh delamination gu oir an còmhdach delamination.Mar thoradh air an sin, mheudaich an dùmhlachd Ta le àrdachadh d air feadh a’ phasgan, a bha co-chòrdail ri atharrais raon ìre (Fig. 5 Leasachail).Bidh an dùmhlachd Ti anns an leaghadh Cu70Ag30 a’ tuiteam nas ao-domhainn na ann an leaghadh Cu fìor, a tha co-chòrdail ris an ìre toirt air falbh alloy nas slaodaiche.Na pròifilean dùmhlachd tomhaiste ann am Figs.Tha 5b cuideachd a’ sealltainn nach eil an co-mheas de chruinneachaidhean Ag agus Cu anns an leaghan dìreach seasmhach air feadh còmhdach an alloy tiomnaichte, agus ann an atharrais an raon ìre bhathas den bheachd gu robh an co-mheas seo seasmhach ann an atharrais an leaghaidh mar eileamaid bhrèige Cu70Ag30.A dh’ aindeoin an eadar-dhealachaidh cainneachdail seo, tha am modail raon ìre a’ glacadh a’ phrìomh bhuaidh càileachdail bho bhith a’ cur Ag ri bhith a’ cuir stad air aodion Ta.Tha feum air modal ceithir-phàirteach nas cruinne de dhiagram ìre TaTiCuAg, a tha taobh a-muigh raon na h-obrach seo, airson modaladh làn chainneachdail de na caiseadan dùmhlachd de na ceithir eileamaidean ann an inneal-ceangail cruaidh agus lioftaichean.
Pròifilean dùmhlachd tomhais a rèir an astar d bho aghaidh delamination an alloy Ta15Ti85 ann an (a) leaghadh Cu fìor agus (b) leaghadh Cu70Ag30.Coimeas eadar bloigh tomhas-lìonaidh tomhais de sholaidean ρ (d) den structar tiomnaichte (loidhne chruaidh) leis an ro-innse teòiridheach a tha co-chosmhail ris a’ cho-aontar gun aodion Ta (loidhne briste).(1) (c) Àrdaich ro-innse co-aontar.(1) Co-aontar air a cheartachadh aig an aghaidh delamination.(2) 'S e sin, Ta aoidionachd air a mheas.Tomhais leud ceangail cuibheasach λw agus astar λs (d).Tha bàraichean mearachd a’ riochdachadh an claonadh àbhaisteach.
Air fige.Bidh 5c a’ dèanamh coimeas eadar bloigh tomhas-lìonaidh tomhais de sholaidean ρ(d) (loidhne chruaidh) airson structaran fìor-tiomnaidh Cu agus Cu70Ag30 bhon leaghadh leis an ro-innse teòiridheach (loidhne briste) a gheibhear bho mhòr-ghlèidhteachas a’ cleachdadh an dùmhlachd Ta tomhaiste anns a’ cheangail chruaidh \({ c }_ {Ta} ^ {s} (d) \) (Fig. 5a,b) agus seachain aodion Ta agus còmhdhail Ta eadar bannan le doimhneachd eadar-dhealaichte de sgaradh.Ma dh’ atharraicheas Ta bho chruaidh gu leaghan, feumar a h-uile Ta a tha anns a’ bhunait alloy ath-riarachadh gu inneal-ceangail cruaidh.Mar sin, ann an sreath sam bith den structar iomallach a tha ceart-cheàrnach ri stiùireadh toirt air falbh an alloy, tha glèidhteachas tomad a’ ciallachadh gu bheil \({c}_{Ta}^{s}(d){S}_{s}(d) )={c}_ {Ta}^{0}(d){S}_{t}\), far a bheil \({c}_{Ta}^{s}(d)\) agus \({c Is e }_{Ta } ^ {0} \) na cuibhreannan Ta aig suidheachadh d anns an inneal-ceangail agus matrix alloy, fa leth, agus tha Ss(d) agus St nan raointean tar-roinneil den inneal-ceangail cruaidh agus an roinn iomallach gu lèir, fa leth.Tha seo a’ ro-innse na bloigh lìonaidh de sholaidean anns an t-sreath iomallach.
Faodar seo a chuir an sàs gu furasta ann an structar leaghan Cu fìor-ghlan agus Cu70Ag30 le bhith a’ cleachdadh na lùban co-fhreagarrach \({c}_{Ta}^{s}(d)\) a fhreagras air an loidhne ghorm.Tha na ro-innsean sin air an cur thairis air Fig. 5c a' sealltainn gu bheil a bhith a' seachnadh Ta aoidionach na dhroch ro-innse air cuairteachadh bloigh lìonaidh.Tha glèidhteachas mòr gun aodion a’ ro-innse lùghdachadh monotonach anns an bloigh lìonaidh le àrdachadh d, a thathas a’ faicinn gu càileachdail ann an leaghan Cu fìor, ach chan ann ann an leaghan Cu70Ag30, far a bheil an ìre as ìsle aig ρ(d).A bharrachd air an sin, tha seo a’ leantainn gu ro-mheasadh mòr air na bloighean lìonaidh aig an aghaidh dealachaidh airson an dà leaghadh.Airson an d ≈ 10 µm as lugha a ghabhas tomhas, tha na luachan ρ a thathar a’ sùileachadh airson an dà leaghadh nas àirde na 0.5, fhad ‘s a tha na luachan ρ tomhaiste airson leaghadh Cu agus Cu70Ag30 beagan nas àirde na 0.3 agus 0.4, fa leth.
Gus cuideam a chuir air prìomh dhleastanas an aodion Ta, bidh sinn an uairsin a’ sealltainn gum faodar cuir às don eadar-dhealachadh cainneachdail eadar na luachan ρ tomhaiste agus ro-innse faisg air an aghaidh lobhadh le bhith ag ùrachadh ar ro-innse teòiridheach gus an aodion seo a thoirt a-steach.Chun na crìche seo, leig dhuinn obrachadh a-mach an àireamh iomlan de Ta atoms a tha a’ sruthadh bho sholaid a-steach do leaghan nuair a ghluaiseas aghaidh a’ chrìonaidh thairis air astar Δxi = vΔt anns an eadar-ama Δt Δxi = vΔt, far a bheil \(v={\ dot{x )) _{ i }( t ) \) - faodaidh ìre delamination, doimhneachd agus ùine tighinn bhon dàimh aithnichte \({ x}_{i}(t) = \ sqrt{4p{D}_{l}t }\) daorsa.Tha an lagh ionadail glèidhteachais tomad aig an aghaidh dealachaidh (d ≈ 0) mar sin gu bheil ΔN = DlglΔtSl/va, far a bheil gl mar an caisead dùmhlachd de Ta atoman anns an leaghan, va is e an tomhas atamach a tha co-chosmhail ris an dùmhlachd a tha air a mhìneachadh mar bloigh atamach, agus Sl = St − Ss an raon tar-roinneil den t-sianal leaghan aig an aghaidh delamination.Faodar an caisead dùmhlachd gl a thomhas le bhith a’ gabhail ris gu bheil luach seasmhach \({c}_{Ta}^{l}\) aig dùmhlachd Ta atoms aig an eadar-aghaidh agus gu bheil e glè bheag anns an leaghadh taobh a-muigh an t-sreath exfoliated, a tha a' toirt \( {g}_ {l}={c}_{Ta}^{l}/{x}_{i}\) Mar sin, \({{\Delta}}N=({{\Delta}) { x}_{i} {S}_{l}/{v}_{a}){c}_{Ta}^{l}/(2p)\).Nuair a ghluaiseas am beulaibh gu astar Δxi, tha a’ bhloigh chruaidh co-ionann ris an àireamh iomlan de dadaman Ta a chaidh a thoirt às a’ bhunait alloy, \({{\Delta}}{x}_{i}{S}_{t} { c }_{Ta} ^ { 0}/{v}_{a}\), gu suim na h-àireimh Ta atom ag aoidion a-steach don leaghan, ΔN, agus air a ghabhail a-steach don inneal-ceangail chruaidh \({{ \Delta} } {x}_{i}{S}_{s }{c}_{Ta}^{s}/{v}_{a}\).Tha an co-aontar seo, còmhla ris an abairt gu h-àrd airson ΔN agus na dàimhean St = Ss + Sl agus ìrean aig an aghaidh delamination.
Anns a’ chrìoch de solubility neoni de Ta atoms, a lughdaicheas gu ro-innse tràth air dìth aoidion, \(\rho ={c}_{Ta}^{0}/{c}_{Ta}^{s} \)liocht ( \({c }_{Ta}^{l}=0\)).A' cleachdadh na luachan \({c}_{Ta}^{l}\mu 0.03\) bho thomhasan deuchainneach (nach eil air an sealltainn ann am Fig. 5a, b) agus àireamhan Peclet p ≈ 0.26 agus p ≈ 0.17 agus co-chruinneachaidhean solidan \ ({c}_{Ta}^{s}\ mu 0.3\) agus \({c}_{Ta}^{s}\ mu 0.25\) airson Cu agus Cu70Ag30 a' leaghadh, fa leth, gheibh sinn an luach a thathar a' sùileachadh bho an leaghadh, ρ ≈ 0.38 agus ρ ≈ 0.39.Tha na fàisneachdan sin gu cainneachdail ag aontachadh gu math leis na tomhais.Faodar an còrr de na h-eadar-dhealachaidhean (ro-innse 0.38 vs. air a thomhas 0.32 airson leaghadh Cu fìor-ghlan agus 0.39 ro-mheasta vs. tomhaiste 0.43 airson Cu70Ag30 leaghadh) a mhìneachadh le barrachd mì-chinnt tomhais airson dùmhlachd Ta glè ìosal ann an lioftaichean (\( {c }_{ Ta } ^ {l} \ mu 0.03 \)), a thathar an dùil a bhith beagan nas motha ann an leaghadh copair fìor.
Ged a chaidh na deuchainnean gnàthach a dhèanamh air aloidhean bunaiteach sònraichte agus eileamaidean leaghaidh, tha sinn an dùil gun cuidich toraidhean mion-sgrùdadh nan deuchainnean sin gus na co-aontaran fhaighinn.(2) Co-fhreagarrachd farsaing ri siostaman dopaidh LMD eile agus dòighean co-cheangailte eile leithid Solid State Impurity Removal (SSD).Gu ruige seo, cha deach aire iomlan a thoirt do bhuaidh aodion eileamaidean do-chreidsinneach air structar LMD.Tha seo gu ìre mhòr mar thoradh air nach eil a’ bhuaidh seo cudromach ann an ECDD, agus gu ruige seo thathas air gabhail ris gu naively gu bheil NMD coltach ri REC.Ach, is e am prìomh eadar-dhealachadh eadar ECD agus LMD gu bheil ann an LMD so-sheasmhachd eileamaidean do-chreidsinneach ann an lioftaichean air a mheudachadh gu mòr mar thoradh air an ìre àrd de eileamaidean miscible air taobh leaghaidh an eadar-aghaidh (\({c}_{Ti} ^{). l}\)), a tha an uair sin ag àrdachadh dùmhlachd nan eileamaidean do-chreidsinneach (\({c}_{Ta}^{l}\)) air taobh leaghan an eadar-aghaidh agus a’ lughdachadh na bloigh lìonaidh a thathar a’ ro-innse leis a’ cho-aontar staid chruaidh .(2) Tha an leasachadh seo mar thoradh air gu bheil an eadar-aghaidh solid-liquid rè LMD ann an co-chothromachd thermodynamic ionadail, agus mar sin àrd \({c}_{Ti}^{l}\) a’ cuideachadh le leasachadh \({c} _ {Ta} ^{l}\ San aon dòigh, tha high \({c}_{Ti}^{s}\) a' leigeil le Cu a bhith air a thoirt a-steach do luchd-ceangail cruaidh, agus tha an ìre de Cu cruaidh anns na ceanglachan sin ag atharrachadh bho mu 10% mean air mhean tha lùghdachadh gu luachan glè bheag aig oir an t-sreath bheag tiomnaichte (Fig. 6 Leasachail). An coimeas ri sin, tha toirt air falbh electrochemical Ag bho alloys AgAu le ECD na fhreagairt neo-chothromach nach eil a’ meudachadh solubility Au ann an an electrolyte. de sholaidean anns an t-sreath tiomnaichte de structar SSD air fhaicinn, a’ ciallachadh I, gu bheil sgaoileadh an ligament cruaidh aig àm an tiomnaidh, co-cheangailte ri aoidionachd eileamaidean do-chreidsinneach.
Agus an co-aontar.(2) Gus ro-innse lùghdachadh mòr anns a’ bhloigh chruaidh aig aghaidh toirt air falbh alloy mar thoradh air aoidion Ta, feumar cuideachd aire a thoirt do chòmhdhail Ta anns an roinn toirt air falbh alloy gus tuigse fhaighinn air cuairteachadh bloigh chruaidh anns an iomlan. còmhdach toirt air falbh alloy, a tha co-chòrdail ri copar fìor-ghlan agus leaghadh Cu70Ag30.Airson an leaghadh Cu70Ag30 (loidhne dhearg ann am Fig. 5c), tha co-dhiù mu leth den t-sreath tiomnaichte aig ρ(d).Tha an ìre as ìsle seo mar thoradh air gu bheil an àireamh iomlan de Ta anns an inneal-ceangail cruaidh faisg air oir an t-sreath tiomnaichte nas motha na anns a’ bhunait alloy.Is e sin, airson d ≈ 230 μm \({S}_{s}(d){c}_{Ta} ^{s}(d)\,> \,{S}_{t}{c} _ { Ta} ^{0} \), no gu tur co-ionann, tha an tomhas ρ(d) = Ss(d)/St ≈ 0.35 tòrr nas motha na tha an co-aontar a' sùileachadh.(1) Gun aoidion\({c}_{Ta}^{0}/{c}_{Ta}^{s}(d)\approx. 0.2\).Tha seo a ’ciallachadh gu bheil pàirt den Ta teicheadh ​​​​air a ghiùlan bhon aghaidh dealachaidh gu sgìre a tha fada bhon aghaidh seo, a’ sgaoileadh anns an leaghan agus air feadh an eadar-aghaidh solid-liquid, far a bheil e air ath-thasgadh.
Tha a’ bhuaidh eadar-dhealaichte aig an ath-shuidheachadh seo bho Ta aoidionach gus beairteas a dhèanamh de luchd-ceangail cruaidh Ta, agus faodar cuairteachadh bloigh chruaidh a mhìneachadh gu càileachdail mar chothromachadh de Ta aoidionachd agus ath-shuidheachadh.Airson an leaghadh Cu70Ag30, bidh an dùmhlachd Ag anns an leaghan ag àrdachadh le bhith a’ sìor fhàs d (loidhne dhonn dhonn ann am Fig. 5b) gus aoidionachd Ta a lughdachadh le bhith a’ lughdachadh solubility Ta, a tha a’ leantainn gu àrdachadh ann an ρ(d) le àrdachadh d às deidh dha ruighinn aig a’ char as lugha .Tha seo a’ cumail suas cuibhreann cruaidh mòr gu leòr gus casg a chuir air briseadh mar thoradh air a’ cheangal chruaidh a bhith air a sgaradh, a tha a’ mìneachadh carson a tha structaran a chaidh a thiomnadh ann an Cu70Ag30 a’ leaghadh a’ cumail ionracas structarail às deidh an rùsgadh.An coimeas ri sin, airson leaghan copair fìor-ghlan, bidh aoidionachd agus ath-shuidheachadh cha mhòr a’ cuir dheth a chèile, a’ leantainn gu lùghdachadh slaodach ann an solidan fon ìre brisidh airson a’ mhòr-chuid den t-sreath tiomnaichte, a’ fàgail dìreach sreath tana a chumas ionracas structarail faisg air crìoch an t-sreath. còmhdach tiomnaichte.(Fig. 4b, Clàr 1).
Gu ruige seo, tha ar mion-sgrùdaidhean air a bhith ag amas gu sònraichte air a bhith a’ mìneachadh a’ bhuaidh làidir a th’ aig aoidionachd eileamaidean miscible ann am meadhan sgaoilte air bloigh chruaidh agus topology structaran tiomnaichte.Tionndaidh sinn a-nis gu buaidh an aodion seo air garbh an structar bicontinuum taobh a-staigh an t-sreath tiomnaichte, a bhios mar as trice a ’tachairt aig àm LMD mar thoradh air teòthachd àrd giollachd.Tha seo eadar-dhealaichte bho ECD far a bheil cha mhòr nach eil coarsening ann nuair a thèid an alloy a thoirt air falbh, ach faodaidh e bhith air adhbhrachadh le bhith a’ annealing aig teòthachd nas àirde às deidh an alloy a thoirt air falbh.Gu ruige seo, tha garbhachadh rè LMD air a bhith air a mhodaladh leis a ’bharail gu bheil e a’ tachairt mar thoradh air sgaoileadh eileamaidean do-chreidsinneach air feadh an eadar-aghaidh solid-liquid, coltach ri garbhachadh uachdar-meadhanaichte de structaran ECD nanoporous annealed.Mar sin, tha meud a’ cheangail air a bhith air a mhodaladh le bhith a’ cleachdadh laghan sgèileachaidh àbhaisteach airson leudachadh capillary.
far a bheil tc mar an ùine garbhachaidh, air a mhìneachadh mar an ùine a chaidh seachad às deidh gluasad an aghaidh delamination aig doimhneachd xi taobh a-staigh an ìre delamination (far a bheil luach tùsail aig λ λ00) gu deireadh an deuchainn delamination, agus an clàr-amais sgèileadh n = 4 a 'sgaoileadh an uachdar.Bu chòir Eq a chleachdadh gu faiceallach.(3) Mìnich tomhasan λ agus astar d airson an structar deireannach gun neo-chunbhalachd aig deireadh an deuchainn.Tha seo air sgàth gu bheil an sgìre faisg air oir an t-sreath tiomnaichte a 'toirt nas fhaide airson leudachadh na an roinn faisg air an aghaidh.Faodar seo a dhèanamh le co-aontaran a bharrachd.(3) Conaltradh le tc agus d.Faodar an dàimh seo fhaighinn gu furasta le bhith a’ ro-innse doimhneachd toirt air falbh an alloy mar ghnìomh ùine, \({x}_{i}(t)=\sqrt{4p{D}_{l}t}\), a bheir tc(d ) = te − tf(d), far an e fad an deuchainn gu lèir, \({t}_{f}(d)={(\sqrt{4p{D}_{l}) Is e {t}_{ e } }-d)}^{2}/(4p{D}_{l})\) an t-àm airson an aghaidh delamination a ruighinn doimhneachd co-ionann ris an doimhneachd delamination mu dheireadh minus d.Plug an abairt seo airson tc(d) a-steach don cho-aontar.(3) Dèan ro-innse λ(d) (faic nota a bharrachd 5).
Gus an ro-innse seo a dhearbhadh, rinn sinn tomhas de leud agus astar eadar na pasganan air làn chrois-earrannan de na structaran tiomnaichte a chithear ann am Figear Leasachail 9 airson Cu agus Cu70Ag30 leaghaidh fìor-ghlan.Bho sganaidhean loidhne ceart-cheàrnach ris an stiùireadh delamination aig diofar astaran d bhon aghaidh delamination, fhuair sinn an leud cuibheasach λw (d) de phasganan beairteach Ta agus an astar cuibheasach λs (d) eadar na pasganan.Tha na tomhasan sin air an sealltainn ann am fige.5d agus an coimeas ri ro-innse na co-aontar.(3) ann am Fig. 10 Leasachail airson luachan eadar-dhealaichte de n.Tha an coimeas a’ sealltainn gu bheil clàr-amais sgaoilidh uachdar de n = 4 a’ toirt droch ro-innse.Chan eil an ro-aithris seo air a leasachadh gu mòr le bhith a’ taghadh n = 3 airson garbhachadh capillary tro mheadhan-sgaoileadh mòr, a dh’ fhaodadh a bhith an dùil gu naive a bhith a’ toirt seachad freagairt nas fheàrr mar thoradh air Ta aodion a-steach don leaghan.
Chan eil an eadar-dhealachadh cainneachdail seo eadar teòiridh agus deuchainn na iongnadh, leis gu bheil Eq.(3) a’ toirt cunntas air coarsening capillary aig bloigh lìonaidh seasmhach ρ, agus aig LMD chan eil bloigh solids ρ seasmhach.Bidh ρ ag atharrachadh gu spàsail taobh a-staigh an t-sreath a chaidh a thoirt air falbh aig deireadh toirt air falbh an alloy, mar a chithear ann am fige.5c.Bidh ρ cuideachd ag atharrachadh le ùine nuair a thèid neo-chunbhalachd a thoirt air falbh aig doimhneachd gluasaid stèidhichte, bho luach an aghaidh gluasaid (a tha timcheall air seasmhach ann an ùine agus mar sin neo-eisimeileach bho tf agus d) gu luach tomhaiste ρ(d) a chithear ann am Fig. 5c a fhreagras air an uair mu dheireadh.Bho fige.3d, faodar a mheas gu bheil na luachan aghaidh lobhadh timcheall air 0.4 agus 0.35 airson an AgCu agus leaghan Cu fìor, fa leth, a tha anns a h-uile cùis nas àirde na luach deireannach ρ aig àm te.Tha e cudromach cuimhneachadh gu bheil an lùghdachadh ann an ρ le ùine aig d stèidhichte mar thoradh dìreach air làthaireachd caisead dùmhlachd den eileamaid miscible (Ti) anns an leaghan.Leis gu bheil an ìre de Ti ann an lioftaichean a’ dol sìos le bhith a’ sìor fhàs d, tha an dùmhlachd co-chothromachd Ti ann an solidan cuideachd a’ lughdachadh gnìomh d, a tha a’ leantainn gu sgaoileadh Ti bho luchd-ceangail cruaidh agus lùghdachadh anns a’ bhloigh chruaidh thar ùine.Tha an atharrachadh ùineail ann an ρ cuideachd fo bhuaidh aoidionachd agus ath-shuidheachadh Ta.Mar sin, mar thoradh air na buaidhean a bharrachd a thig bho sgaoileadh agus ath-chuairteachadh, tha sinn an dùil gun tachair garbhachadh rè LMD, mar riaghailt, aig bloighean tomhas-lìonaidh neo-sheasmhach, a bheir gu mean-fhàs structarail a bharrachd air coarsening capillary, ach cuideachd mar thoradh air sgaoileadh ann an liquids agus chan ann a-mhàin air feadh na crìche solid-liquid.
Fìrinnean co-aontar.(3) Chan eil tomhas leud bann agus farsaingeachd airson 3 ≤ n ≤ 4 air an tomhas (Fig. 10 Leasachail), a 'moladh gu bheil prìomh àite aig sgaoileadh agus ath-shuidheachadh chan ann mar thoradh air lùghdachadh eadar-aghaidh anns an deuchainn làithreach.Airson coarsening capillary, thathar an dùil gum bi an aon eisimeileachd aig λw agus λs air d, fhad ‘s a tha Fig. 5d a’ sealltainn gu bheil λs ag àrdachadh le d fada nas luaithe na λw airson Cu agus Cu70Ag30 fìor-ghlan a’ leaghadh.Ged a dh’ fheumar beachdachadh air teòiridh garbh a bheir aire do sgaoileadh agus ath-shuidheachadh gus na tomhais sin a mhìneachadh gu cainneachdail, tha dùil ris an eadar-dhealachadh seo gu càileachdail, leis gu bheil sgaoileadh iomlan bannan beaga a’ cur ri àrdachadh san astar eadar na bannan.A bharrachd air an sin, tha na λs den leaghadh Cu70Ag30 a’ ruighinn an luach as àirde aig oir an t-sreath gun alloy, ach faodar an fhìrinn gu bheil λs den leaghadh copair fìor-ghlan a ’dol suas gu monotonically a mhìneachadh leis an àrdachadh ann an dùmhlachd Ag anns an leaghan, far a bheil d air a chleachdadh airson ρ(d) a mhìneachadh ann am Fig. 5c giùlan neo-mhononatach.Le bhith ag àrdachadh dùmhlachd Ag le àrdachadh d a’ cuir stad air aodion Ta agus sgaoileadh inneal-ceangail, a tha a’ leantainn gu lùghdachadh ann an λn às deidh dha an luach as àirde a ruighinn.
Mu dheireadh, thoir fa-near gu bheil sgrùdaidhean coimpiutair air garbhadh capillary aig bloigh tomhas-lìonaidh seasmhach a’ sealltainn, nuair a thuiteas bloigh an tomhas-lìonaidh fo stairsneach timcheall air 0.329.30, gu bheil an structar a’ briseadh sìos aig àm garbhachaidh.Ann an cleachdadh, dh’ fhaodadh an stairsneach seo a bhith beagan nas ìsle leis gu bheil sgaradh agus lughdachadh gnè concomitant a ’tachairt air sgèile-tìm a tha coltach ri no nas motha na an ùine toirt air falbh alloy san deuchainn seo.Tha an fhìrinn gu bheil na structaran tiomnaichte ann an Cu70Ag30 a’ leaghadh a’ cumail an ionracas structarail ged a tha ρ(d) beagan nas ìsle na 0.3 anns an raon cuibheasach de d a’ nochdadh nach eil sgaradh, ma tha gin ann, a’ tachairt ach ann am pàirt.Faodaidh an stairsneach bloigh lìonaidh airson sgaradh cuideachd a bhith an urra ri sgaoileadh agus ath-aithris.
Tha an sgrùdadh seo a’ tighinn gu dà phrìomh cho-dhùnadh.An toiseach, agus nas practaigeach, faodar smachd a chumail air topology nan structaran tiomnaichte a rinn LMD le bhith a’ taghadh an leaghadh.Le bhith a’ taghadh leaghadh gus solubility an eileamaid do-chreidsinneach A den alloy bonn AXB1-X a lughdachadh anns an leaghadh, ged a tha e cuibhrichte, faodar structar làn tiomnaichte a chruthachadh a chumas a cho-leanailteachd eadhon aig ìrean ìosal de eileamaid an làr X agus ionracas structarail. .Bha fios roimhe gun robh seo comasach airson ECD25, ach chan ann airson LMD.Is e an dàrna co-dhùnadh, a tha nas bunaitiche, carson ann an LMD faodar ionracas structarail a ghleidheadh ​​​​le bhith ag atharrachadh a’ mheadhan tiomnaidh, a tha inntinneach ann fhèin agus a dh’ fhaodadh mìneachadh a dhèanamh air beachdan ar TaTi alloy ann an Cu agus CuAg fìor-ghlan a ’leaghadh a-steach, ach cuideachd ann an san fharsaingeachd gus eadar-dhealachaidhean cudromach, nach deach a mheasadh roimhe seo, eadar ECD agus LMD a shoilleireachadh.
Ann an ECD, tha co-leanailteachd an structair air a chumail suas le bhith a’ cumail an ìre gluasaid neo-chunbhalachd aig ìre ìosal X, a tha seasmhach thar ùine airson feachd dràibhidh stèidhichte, beag gu leòr airson eileamaid B gu leòr miscible a chumail anns an inneal-ceangail chruaidh aig àm toirt air falbh neo-chunbhalachd gus a chumail suas. tomhas-lìonaidh solids.tha bloigh ρ mòr gu leòr gus casg a chuir air briseadh25.Ann an LMD, bidh an ìre toirt air falbh aloidhean \(d{x}_{i}(t)/dt=\sqrt{p{D}_{l}/t}\) a’ dol sìos le ùine air sgàth cinideachd cuibhrichte sgaoilidh.Mar sin, ge bith dè an seòrsa cothlamadh leaghaidh a bheir buaidh air an àireamh Peclet p a-mhàin, bidh an ìre delamination gu sgiobalta a’ ruighinn luach beag gu leòr gus tomhas gu leòr de B a chumail anns a ’cheangail chruaidh, a tha ri fhaicinn gu dìreach anns an fhìrinn gu bheil ρ aig an delamination tha aghaidh fhathast seasmhach le ùine.Fìrinn agus os cionn na stairsnich sgaradh.Mar a chithear le atharrais raon ìre, bidh an ìre craiceann cuideachd a’ ruighinn luach beag gu leòr gu luath gus fàs a’ cheangail eutectic a dhì-chothromachadh, agus mar sin a’ comasachadh structaran le ceangal topological a chruthachadh mar thoradh air gluasad rocaid taobhach an lamellae.Mar sin, tha am prìomh eadar-dhealachadh bunaiteach eadar ECD agus LMD na laighe ann an mean-fhàs an aghaidh delamination tro structar a-staigh an t-sreath às deidh sgoltadh agus ρ, seach an ìre delamination.
Ann an ECD, tha ρ agus ceangal fhathast seasmhach air feadh an t-sreath iomallach.Ann an LMD, an coimeas ri sin, tha an dà chuid eadar-dhealaichte taobh a-staigh còmhdach, a tha air a shealltainn gu soilleir san sgrùdadh seo, a tha a’ mapadh dùmhlachd atamach agus cuairteachadh ρ air feadh doimhneachd nan structaran tiomnaichte a chruthaich an LMD.Tha dà adhbhar ann airson an atharrachaidh seo.An toiseach, eadhon aig crìoch solubility neoni A, tha an caisead dùmhlachd B anns an leaghan, a tha neo-làthaireach anns an DZE, ag adhbhrachadh caisead dùmhlachd A anns a’ cheangail chruaidh, a tha ann an co-chothromachd ceimigeach leis an leaghan.Tha an caisead A, an uair sin, ag adhbhrachadh caisead ρ taobh a-staigh an t-sreath gun neo-chunbhalachd.San dàrna h-àite, bidh aodion A a-steach don leaghan mar thoradh air solubility neo-neoni ag atharrachadh atharrachadh spàsail ρ taobh a-staigh an t-sreath seo, leis an sùbailteachd nas lugha a’ cuideachadh le bhith a’ cumail ρ nas àirde agus nas èideadh gu spàsail gus ceangal a chumail suas.
Mu dheireadh, tha mean-fhàs meud ceangail agus ceangal taobh a-staigh an t-sreath tiomnaichte rè LMD tòrr nas iom-fhillte na an co-fhilleadh capillary cuingealaichte le sgaoileadh uachdar aig bloigh tomhas-lìonaidh seasmhach, mar a bha dùil roimhe seo le co-chosmhail ri garbhachadh structaran nanoporous ECD annealed.Mar a chithear an seo, tha garbhachadh ann an LMD a’ tachairt ann am bloigh chruaidh a tha eadar-dhealaichte bho àm gu àm agus mar as trice tha buaidh aige air gluasad sgaoilte A agus B anns an stàit leaghan bhon aghaidh delamination gu oir an t-sreath sgaoilte.Chan urrainn do na laghan sgèileachaidh airson coarsning capillary cuibhrichte le uachdar no mòr-sgaoileadh tomhas a dhèanamh air atharrachaidhean anns an leud agus an astar eadar bagaichean taobh a-staigh còmhdach tiomnaichte, a’ gabhail ris gu bheil còmhdhail A agus B co-cheangailte ri caiseadan dùmhlachd lionn a’ cluich dreuchdan co-ionann no co-ionann.Nas cudromaiche na bhith a 'lùghdachadh farsaingeachd an eadar-aghaidh.Tha leasachadh teòiridh a bheir aire do na diofar bhuaidhean sin na shealladh cudromach airson an ama ri teachd.
Chaidh aloidhean dà-chonnaidh titanium-tantalum a cheannach bho Arcast, Inc (Oxford, Maine) a’ cleachdadh solar cumhachd inntrigidh 45 kW Ambrell Ekoheat ES agus breagag copair air a fhuarachadh le uisge.Às deidh grunn teas, chaidh gach alloy a chuir a-steach airson 8 uairean aig teòthachd taobh a-staigh 200 ° C. den phuing leaghaidh gus homogenization agus fàs gràin a choileanadh.Chaidh sampaill a chaidh a ghearradh bhon phrìomh ingot seo a thàthadh gu spot gu uèirichean Ta agus an crochadh bho ghàirdean robotach.Chaidh amaran meatailt ullachadh le bhith a’ teasachadh measgachadh de 40 g Cu (McMaster Carr, 99.99%) le Ag (Kurt J. Lesker, 99.95%) no gràinean Ti aig àrd-chumhachd a’ cleachdadh siostam teasachaidh inntrigidh 4 kW Ameritherm Easyheat gus an tèid an sgaoileadh gu tur.badannan.leaghadh làn teas.Lùghdaich an cumhachd agus leig leis an amar gluasad agus cothromachadh airson leth uair a thìde aig teòthachd freagairt 1240 ° C.An uairsin tha an gàirdean robotach air a leigeil sìos, tha an sampall air a bhogadh san amar airson ùine ro-shuidhichte agus air a thoirt air falbh airson fuarachadh.Chaidh a h-uile teasachadh den bhile alloy agus LMD a dhèanamh ann an àile de argon fìor-ghlan (99.999%).Às deidh an alloy a thoirt air falbh, chaidh na tar-earrannan de na sampallan a lìomhadh agus a sgrùdadh le bhith a’ cleachdadh microscopy optigeach agus sganadh microscopy dealanach (SEM, JEOL JSM-6700F).Chaidh mion-sgrùdadh eileamaideach a dhèanamh le speactroscopaidh X-ray lùth (EDS) ann an SEM.Chaidh microstructure trì-thaobhach de na sampallan tiomnaichte fhaicinn le bhith a’ sgaoileadh an ìre làn-copair làidir ann am fuasgladh searbhag nitric 35% (ìre anailis, Fluka).
Chaidh an atharrais a dhèanamh a’ cleachdadh a’ mhodail a chaidh a leasachadh roimhe seo de raon ìre dì-cheangail an alloy ternary15.Tha am modail a’ buntainn ri mean-fhàs an raon ìre ϕ, a tha a’ dèanamh eadar-dhealachadh eadar ìrean cruaidh agus leaghan, ris an raon dùmhlachd ci de eileamaidean alloying.Tha lùth an-asgaidh iomlan an t-siostam air a chuir an cèill mar
far a bheil f (φ) an comas cnap-starra dùbailte le minima aig φ = 1 agus φ = 0 a’ freagairt ri solidan agus liquids, fa leth, agus fc (φ, c1, c2, c3) mar thabhartas ceimigeach ri saorsa tomhas-lìonaidh a’ toirt cunntas air an dùmhlachd lùtha de fheartan thermodynamic alloy.Gus atharrais air leaghadh Cu no CuTi fìor-ghlan a-steach do aloidhean TaTi, bidh sinn a’ cleachdadh an aon chruth fc (φ, c1, c2, c3) agus paramadairean mar a tha san iomradh.15. Gus aloidhean TaTi le leaghadh CuAg a thoirt air falbh, tha sinn air an siostam ceithir-cheàrnach (CuAg) TaTi a dhèanamh nas sìmplidhe gu siostam ternary èifeachdach le diofar pharaimearan a rèir an dùmhlachd Ag, mar a tha air a mhìneachadh ann an Nota Leasachail 2. Na co-aontaran mean-fhàs airson an raon ìre agus an chaidh raon dùmhlachd fhaighinn ann an cruth caochlaideach san fhoirm
Càite an do dh'fhàg \({M}_{ij}={M}_{l}(1-\phi){c}_{i}\({\delta}_{ij}-{c}_{j} Is e \right) \) am matrix gluasaid atamach, agus tha Lϕ a’ riaghladh cinneasachadh ceangail atamach aig an eadar-aghaidh solid-liquid.
Gheibhear dàta deuchainneach a’ toirt taic do thoraidhean an sgrùdaidh seo anns an fhaidhle dàta leasachail.Tha paramadairean atharrais air an toirt seachad anns an fhiosrachadh a bharrachd.Tha a h-uile dàta cuideachd ri fhaighinn bho na h-ùghdaran fa-leth ma thèid iarraidh orra.
Wittstock A., Zelasek W., Biner J., Friend SM agus Baumer M. Luchd-catharra òir nanoporous airson ceangal gas-ìre oxidative roghnach aig teòthachd ìosal de methanol.Saidheans 327, 319–322 (2010).
Zugic, B. et al.Bidh ath-thionndadh dinamach a’ dearbhadh gnìomhachd catalytic catalysts alloy òr-airgid nanoporous.alma mater nàiseanta.16, 558 (2017).
Zeis, R., Mathur, A., Fritz, G., Lee, J. 和 Erlebacher, J. òr nanoporous còmhdaichte le Platinum: electrocatalyst luchdachadh pt ìosal èifeachdach airson ceallan connaidh PEM.Leabhar-latha #165, 65–72 (2007).
Snyder, J., Fujita, T., Chen, MW agus Erlebacher, J. Lùghdachadh ocsaidean ann an electrocatalysts coimeasgaichte leaghan meatailt-ion nanoporous.alma mater nàiseanta.9, 904 (2010).
Lang, X., Hirata, A., Fujita, T. agus Chen, M. Dealan-dè nanoporous meatailt/ocsaid airson supercapacitors electrochemical.Nanoteicneòlas nàiseanta.6, 232 (2011).
Kim, JW et al.Optimization de fusion de niobium le leaghadh meatailt gus structaran porous a chruthachadh airson capacitors electrolytic.Iris.84, 497–505 (2015).
Bringa, EM msaa. A bheil stuthan nanoporous an aghaidh rèididheachd?Nanolet.12, 3351–3355 (2011).