Hatur nuhun pikeun ngadatangan Nature.com.Anjeun nganggo versi browser kalayan dukungan CSS kawates.Pikeun pangalaman anu pangsaéna, kami nyarankeun yén anjeun nganggo browser anu diropéa (atanapi nganonaktipkeun Mode Kasaluyuan dina Internet Explorer).Sajaba ti éta, pikeun mastikeun rojongan lumangsung, urang némbongkeun situs tanpa gaya na JavaScript.
Nampilkeun carousel tilu slide sakaligus.Pake tombol Saméméhna jeung Salajengna pikeun mindahkeun ngaliwatan tilu slides dina hiji waktu, atawa make tombol geseran di ahir pikeun mindahkeun ngaliwatan tilu slides dina hiji waktu.
Dina sababaraha taun katukang, aya kamajuan gancang tina alloy logam cair pikeun fabrikasi nano-/meso-ukuran struktur porous jeung komposit jeung interfaces ultra-badag pikeun sagala rupa bahan.Sanajan kitu, pendekatan ieu ayeuna boga dua watesan penting.Kahiji, éta ngahasilkeun struktur bicontinuous kalawan topologi urutan luhur pikeun rentang kawates komposisi alloy.Bréh, struktur ngabogaan ukuran badag tina map alatan enlargement signifikan salila separation suhu luhur.Di dieu, urang nunjukkeun sacara komputasi sareng ékspérimén yén watesan ieu tiasa diatasi ku nambihan unsur kana lebur logam anu ngamajukeun topologi orde-tinggi ku ngabatesan kabocoran unsur anu teu tiasa dicampurkeun nalika dipisahkeun.Salajengna, urang ngajelaskeun Pananjung ieu ku némbongkeun yén mindahkeun difusi bulk unsur immiscible dina cair cair mangaruhan pisan évolusi fraksi padet jeung topologi struktur salila flaking.Hasilna ngungkabkeun bédana dasar antara logam cair sareng panyabutan najis éléktrokimia, sareng ogé ngadamel metode énggal pikeun kéngingkeun struktur tina logam cair kalayan diménsi sareng topologi anu dipasihkeun.
Delegasi parantos mekar janten téknologi anu kuat sareng serbaguna pikeun fabrikasi pori kabuka ukuran nano-/meso sareng struktur komposit kalayan permukaan antarmuka ultra luhur pikeun sagala rupa bahan fungsional sareng struktural sapertos katalis1,2, sél suluh3,4, kapasitor éléktrolitik5, 6, bahan tahan ka ruksakna radiasi 7, bahan batré-kapasitas tinggi jeung ngaronjat stabilitas mékanis 8, 9 atawa bahan komposit jeung sipat mékanis alus teuing 10, 11. Dina sagala rupa wangun, delegasi ngalibatkeun disolusi selektif hiji unsur tina hiji mimitina teu kaduga "prékursor. alloy" dina lingkungan éksternal, nu ngabalukarkeun reorganisasi elemen alloying undissolved kalawan topology non-trivial, béda ti topology tina alloy aslina., Komposisi bahan.Sanaos delegasi éléktrokimia konvensional (ECD) ngagunakeun éléktrolit salaku lingkungan anu paling ditaliti dugi ka ayeuna, metode ieu ngabatesan sistem delegasi (sapertos Ag-Au atanapi Ni-Pt) ka anu ngandung unsur rélatif mulya (Au, Pt) sareng gaduh bédana cukup badag dina poténsi réduksi nyadiakeun porosity.Léngkah penting pikeun ngatasi watesan ieu nyaéta penemuan deui metode paduan logam cair13,14 (LMD), anu ngagunakeun paduan logam cair (contona, Cu, Ni, Bi, Mg, jsb) sareng unsur-unsur sanés dina lingkungan. .(misalna TaTi, NbTi, FeCrNi, SiMg, jsb.)6,8,10,11,14,15,16,17,18,19.LMD jeung varian panyabutan alloy logam teuas (SMD) na beroperasi dina suhu handap nalika logam dasar teuas20,21 hasilna komposit dua atawa leuwih fase interpenetrasi sanggeus etching kimiawi hiji fase.Fase-fase ieu tiasa janten pori-pori anu kabuka.struktur.Métode delegasi geus satuluyna ningkat ku bubuka panganyarna tina delegasi fase uap (VPD), nu exploits béda tekanan uap unsur padet pikeun ngabentuk struktur nanoporous kabuka ngaliwatan évaporasi selektif tina unsur tunggal22,23.
Dina tingkat kualitatif, sadaya metode panyabutan najis ieu ngabagi dua fitur umum penting tina prosés panyabutan najis anu diatur sorangan.Firstly, ieu teh disolusi selektif sahiji elemen alloying disebut tadi (saperti B dina alloy AXB1-X pangbasajanna) dina lingkungan éksternal.Anu kadua, anu munggaran kacatet dina studi ékspérimén sareng téoritis pioneering dina ECD24, nyaéta difusi unsur A anu teu larut sapanjang antarmuka antara alloy sareng lingkungan nalika ngaleungitkeun najis.Difusi bisa ngabentuk wewengkon-euyeub atom ngaliwatan prosés sarupa buruk spinodal dina alloy bulk, sanajan diwatesan ku panganteur.Sanajan kasaruaan ieu, métode panyabutan alloy béda bisa ngahasilkeun morfologi béda pikeun alesan teu jelas18.Nalika ECD tiasa ngahasilkeun struktur orde-luhur anu aya hubunganana topologis pikeun fraksi atom (X) unsur anu teu larut (sapertos Au dina AgAu) dugi ka 5%25, studi komputasi sareng ékspérimén LMD nunjukkeun yén metode anu katingalina sami ieu ngan ukur ngahasilkeun struktur anu aya hubunganana topologis. .Contona, pikeun X loba nu leuwih gede, struktur bicontinuous pakait nyaeta ngeunaan 20% dina kasus alloy TaTi decoupled ku ngalembereh Cu (tingali Gbr. 2 dina ref. 18 pikeun ngabandingkeun sisi-demi-sisi jeung rupa ECD na LMD formulir X. ).Beda ieu sacara téoritis dipedar ku mékanisme pertumbuhan difusi-gandeng béda ti dékomposisi spinodal interfacial sarta sarupa pisan jeung growth26 eutektik-gandeng.Dina lingkungan panyabutan najis, tumuwuhna difusi-gandeng ngamungkinkeun filamén-euyeub A (atawa flakes dina 2D) jeung saluran cair-euyeub B pikeun tumuwuh babarengan ku difusi salila miceun najis15.Tumuwuhna pasangan ngabalukarkeun hiji struktur topologically unbound di tengah X sarta diteken dina bagian handap X, dimana ngan pulo unbound euyeub fase A bisa ngabentuk.Dina X gedé, tumuwuhna kabeungkeut jadi teu stabil, favoring formasi struktur 3D kabeungkeut sampurna nu ngajaga integritas struktural sanajan sanggeus etching-fase tunggal.Narikna, struktur orientasi anu dihasilkeun ku LMD17 atanapi SMD20 (Fe80Cr20) XNi1-X alloy geus dititénan sacara ékspériméntal pikeun X nepi ka 0,5, nunjukkeun yén tumuwuhna difusi-gandeng nyaéta mékanisme ubiquitous pikeun LMD jeung SMD tinimbang ECD porous ilaharna dihasilkeun henteu. boga struktur alignment pikaresep.
Pikeun ngajelaskeun alesan pikeun bédana ieu antara ECD sareng morfologi NMD, kami ngalaksanakeun simulasi lapangan fase sareng studi ékspérimén NMD tina alloy TaXTi1-X, dimana kinétika disolusi dirobih ku nambihan unsur-unsur larut kana tambaga cair.Kami nyimpulkeun yén sanajan duanana ECD sareng LMD diatur ku disolusi selektif sareng difusi antarmuka, dua prosés ieu ogé gaduh béda anu penting anu tiasa nyababkeun bédana morfologis18.Kahiji, kinétika mesek dina ECD dikawasa ku panganteur kalayan laju hareup mesek konstan V12 salaku fungsi tina tegangan dilarapkeun.Ieu leres sanajan fraksi leutik partikel refractory (misalna Pt dina Ag-Au) ditambahkeun kana alloy indungna, nu retards fluidity panganteur, cleans na stabilizes bahan unalloyed, tapi disebutkeun nahan morfologi sarua 27.Struktur gandeng topologically diala ngan dina X low di low V, sarta ingetan elemen leyur 25 badag pikeun ngajaga fraksi volume solid cukup badag pikeun nyegah fragméntasi struktur.Ieu nunjukkeun yén laju disolusi ngeunaan difusi panganteur bisa maénkeun peran penting dina seleksi morfologis.Sabalikna, kinétika panyabutan alloy dina LMD dikontrol difusi15,16 sarta laju turun rélatif leuwih gancang kalayan waktu \(V \sim \sqrt{{D}_{l}/t}\), dimana Dl nyaéta unsur miscibility. pikeun koefisien difusi cairan..
Bréh, salila ECD, kaleyuran unsur immiscible dina éléktrolit pisan low, jadi aranjeunna ngan bisa diffuse sapanjang panganteur alloy-éléktrolit.Sabalikna, dina LMD, unsur-unsur "immiscible" (A) tina alloy prékursor AXB1-X ilaharna mibanda saeutik, sanajan kawates, leyur kaleyuran.Kalarutan sakedik ieu tiasa disimpulkeun tina analisa diagram fase ternary tina sistem ternary CuTaTi anu dipidangkeun dina Gambar Tambahan 1. Kalarutan tiasa diitung ku ngarencanakeun garis liquidus versus konsentrasi kasatimbangan Ta sareng Ti dina sisi cair antarmuka (\( {c}_{ {{{{{{\rm{Ta))))))}}}} ^{l}\ ) jeung \({c}_{{{{({\rm{Ti}} }}}} }^ {l}\), masing-masing dina suhu delegasi (Suplemén Gbr. 1b) panganteur solid-cair kasatimbangan termodinamika lokal dijaga salila alloying, }}}}}}^{l}\) kira-kira konstanta sarta nilaina pakait jeung X. Tambahan Gambar 1b nunjukeun yen \({c}_{{{{{{{\rm{Ta}}}}}))}^{l}\) ragrag dina rentang 10 -3 − 10 ^{l}\) sarua jeung 15,16.Ieu "leakage" unsur immiscible dina alloy nu bisa mangaruhan duanana formasi hiji struktur interfacial di hareup delamination, dina gilirannana, nu bisa nyumbang kana disolusi jeung coarsening struktur alatan difusi volume.
Dina raraga misah evaluate kontribusi (i) laju ngurangan tina panyabutan alloy V jeung (ii) laju ngurangan infiltrasi unsur immiscible kana ngalembereh, urang proceeded dina dua hambalan.Kahiji, hatur nuhun kana \(V \sim \sqrt{{D}_{l}/t}\), ku nalungtik évolusi morfologis struktur hareup kebat, éta mungkin pikeun nalungtik pangaruh turunna V cukup.waktos badag.Kituna, urang nalungtik éfék ieu ku ngajalankeun simulasi widang fase leuwih période waktu nu leuwih panjang batan studi saméméhna, nu ngungkabkeun ayana struktur alignment topologically uncoupled dibentuk ku tumuwuhna difusi-gandeng tina X15 panengah.Kadua, dina raraga nalungtik pangaruh unsur immiscible dina ngurangan laju leakage, urang ditambahkeun Ti jeung Ag ka ngalembereh tambaga pikeun ngaronjatkeun jeung ngurangan laju leakage, masing-masing, jeung nalungtik hasilna morfologi, kinétika segregation, jeung distribusi konsentrasi dina ngalembereh.delegated Cu ngalembereh ngaliwatan itungan jeung percobaan jero struktur alloy.Kami geus ditambahkeun tambahan Ti mimitian ti 10% nepi ka 30% kana média pikeun nyoplokkeun Cu ngalembereh.Penambahan Ti ngaronjatkeun konsentrasi Ti di ujung lapisan delegasi, nu ngurangan gradién konsentrasi Ti dina lapisan ieu sarta ngurangan laju disolusi.Éta ogé ningkatkeun laju bocor Ta ku cara ningkatkeun \({c}_{{{({\rm{Ti}}}}}}}}}^{l}\), jadi \({c}_{{{{ { {\rm{Ta}}}}}}}}^{l}\) (Tambahan Gbr. 1b). kaleyuran unsur alloying dina ngalembereh, kami geus dimodelkeun sistem quaternary CuAgTaTi salaku efisien (CuAg) TaTi sistem ternary nu kaleyuran Ti sarta Ta gumantung kana konsentrasi Ag dina ngalembereh CuAg (tingali Catetan) 2 jeung Suplemén. Gbr. 2–4).Penambahan Ag teu nambahan konsentrasi Ti di ujung struktur delegated.Tapi, ku sabab kalarutan Ti dina Ag leuwih handap ti Cu, ieu ngurangan \({c}_{{{{{\rm{Ta}}}}}}}}^{l}\) (Suplemén Gbr 1) 4b) jeung laju bocor Ta.
Hasil simulasi lapangan fase nunjukkeun yén pertumbuhan gandeng jadi teu stabil dina waktu anu cukup lila pikeun ngamajukeun formasi struktur topologically gandeng di hareup buruk.Kami sacara ékspériméntal mastikeun kacindekan ieu ku nunjukkeun yén lapisan dasar tina alloy Ta15T85, anu ngabentuk caket payuneun delaminasi dina tahap delaminasi engké, tetep topologically kabeungkeut saatos etching tina fase anu beunghar tambaga.Hasilna ogé nunjukkeun yén laju leakage gaduh pangaruh anu ageung dina évolusi morfologis kusabab angkutan diffusive bulk tina unsur anu teu tiasa dicampurkeun dina lebur cair.Ditingalikeun di dieu yén éfék ieu, anu henteu aya dina ECD, mangaruhan pisan kana profil konsentrasi rupa-rupa elemen dina lapisan anu diwakilan, fraksi fase padet, sareng topologi struktur LMD.
Dina bagian ieu, urang mimiti nampilkeun hasil ulikan urang ku simulasi widang fase tina pangaruh nambahkeun Ti atawa Ag mun Cu lebur hasilna morfologis béda.Dina Gbr.Gambar 1 presents hasil modeling tilu diménsi widang fase TaXTi1-X alloy dicandak ti Cu70Ti30, Cu70Ag30 jeung tambaga murni ngalembereh kalawan eusi atom low unsur immiscible ti 5 nepi ka 15%.Dua jajar kahiji némbongkeun yén tambahan duanana Ti jeung Ag promotes formasi struktur topologically kabeungkeut dibandingkeun jeung struktur unbound Cu murni (baris katilu).Sanajan kitu, tambahan Ti, saperti nu diharapkeun, ngaronjat Ta leakage, kukituna nyegah delamination of low X alloy (Ta5Ti95 na Ta10Ti90) sarta ngabalukarkeun disolusi masif ti lapisan porous exfoliated salila Ta15Ti85 delamination.Sabalikna, tambahan Ag (baris kadua) nyumbang kana formasi struktur topologically patali sakabéh komponén tina alloy basa jeung disolusi slight tina lapisan delegated.Wangunan struktur bicontinuous ieu Sajaba digambarkeun dina Gbr.1b, anu nunjukkeun gambar tina struktur anu didelegasikeun kalayan ningkatna jero delaminasi ti kénca ka katuhu sareng gambar antarbeungeut padet-cair dina jero maksimum (gambar katuhu jauh).
simulasi widang fase 3D (128 × 128 × 128 nm3) némbongkeun éfék dramatis tina nambahkeun solute ka cair cair dina morfologi ahir alloy delegated.Tanda luhur nunjukkeun komposisi alloy indungna (TaXTi1-X) jeung tanda nangtung nunjukkeun komposisi ngalembereh tina medium softening basis Cu.Wewengkon kalawan konsentrasi Ta tinggi dina struktur tanpa najis ditémbongkeun dina coklat, sarta panganteur padet-cair ditémbongkeun dina bulao.b simulasi tilu diménsi widang fase tina alloy prékursor Ta15Ti85 undoped dina ngalembereh Cu70Ag30 (190 × 190 × 190 nm3).3 pigura kahiji nembongkeun wewengkon padet tina struktur delegasi di bojong delegasi béda, jeung pigura panungtungan nembongkeun ngan panganteur solid-cair dina jero maksimum.Pilem anu cocog sareng (b) dipidangkeun dina Pilem Tambahan 1.
Pangaruh tambahan solute ieu salajengna digali ku simulasi widang fase 2D, nu nyadiakeun émbaran tambahan dina formasi mode panganteur di hareup delamination sarta diwenangkeun aksés ka tebih gede tur skala waktu ti simulasi 3D mun ngitung kinétika delamination.Dina Gbr.angka 2 nembongkeun gambar tina simulasi tina ngaleupaskeun Ta15Ti85 alloy prékursor ngaliwatan Cu70Ti30 na Cu70Ag30 melts.Dina duanana kasus, tumuwuhna difusi-gandeng pisan teu stabil.Gantina penetrating vertikal kana alloy nu, tips saluran cairan mindahkeun chaotically kénca jeung katuhu dina lintasan pisan kompléks salila prosés tumuwuh stabil nu promotes struktur Blok nu ngamajukeun formasi struktur topologically patali dina spasi 3D (Gbr. 1).Nanging, aya béda anu penting antara aditif Ti sareng Ag.Pikeun Cu70Ti30 ngalembereh (Gbr. 2a), tabrakan dua saluran cair ngabalukarkeun merging sahiji panganteur padet-cair, nu ngabalukarkeun Tonjolan tina binders padet direbut ku dua saluran tina struktur jeung, pamustunganana, disolusi. .Sabalikna, pikeun ngalembereh Cu70Ag30 (Gbr. 2b), pengayaan Ta dina panganteur antara fase padet jeung cair nyegah coalescence alatan panurunan dina leakage Ta kana ngalembereh.Hasilna, komprési beungkeut di hareup delamination diteken, kukituna promosi formasi struktur konéktif.Narikna, gerak osilasi kacau saluran cair nyiptakeun struktur dua diménsi kalawan gelar tangtu alignment nalika cutoff diteken (Gbr. 2b).Sanajan kitu, alignment ieu teu hasil tina tumuwuhna stabil tina beungkeut.Dina 3D, penetrasi teu stabil nyiptakeun struktur bicontinuous non-coaxial disambungkeun (Gbr. 1b).
Snapshots tina simulasi widang fase 2D Cu70Ti30 (a) jeung Cu70Ag30 (b) lebur remelted kana alloy Ta15Ti85 illustrating tumuwuhna difusi-gandeng stabil.Gambar anu nunjukkeun jerona panyabutan najis anu béda-béda diukur tina posisi awal antarmuka padet/cair anu datar.The insets nembongkeun rezim béda tina tabrakan saluran cair, ngarah kana detachment of binders padet sarta pelestarian of Cu70Ti30 na Cu70Ag30 melts, mungguh.Lebar domain Cu70Ti30 nyaéta 1024 nm, Cu70Ag30 nyaéta 384 nm.Pita warna nunjukkeun konsentrasi Ta, sareng warna anu béda-béda ngabédakeun antara daérah cair (biru poék), alloy dasar (biru terang), sareng struktur anu teu aya paduan (ampir beureum).Pilem tina simulasi ieu dipidangkeun dina Pilem Suplemén 2 sareng 3, anu nyorot jalur kompleks anu nembus saluran cair salami pertumbuhan anu teu stabil sareng difusi.
Hasil séjén simulasi widang fase 2D ditémbongkeun dina Gbr.3.Grafik jero delaminasi versus waktu (kemiringan sarua jeung V) dina Gbr.3a nunjukeun yen ditambahan Ti atawa Ag kana ngalembereh Cu slows turun kinétika separation, saperti nu diharapkeun.Dina Gbr.3b nunjukkeun yén slowdown ieu disababkeun ku panurunan dina gradién konsentrasi Ti dina cairan dina lapisan delegated.Éta ogé nunjukkeun yén tambahan Ti(Ag) nambahan (nurunkeun) konsentrasi Ti dina sisi cair antarmuka (\({c}_{{{{{{{\rm{Ti)))))) ))) ^{l \) ), nu ngabalukarkeun bocorna Ta, diukur ku fraksi Ta leyur dina ngalembereh salaku fungsi waktu (Gbr. 3c), nu naek (nurun) kalawan tambahan Ti (Ag). ).Gambar 3d nunjukeun yen pikeun duanana solutes, fraksi volume padet tetep luhur bangbarung pikeun formasi bicontinuous struktur topologically patali28,29,30.Bari nambahkeun Ti mun ngalembereh ngaronjatkeun leakage of Ta, éta ogé ngaronjatkeun ingetan Ti dina map padet alatan kasatimbangan fase, kukituna ngaronjatkeun fraksi volume pikeun ngajaga cohesiveness tina struktur tanpa najis.Itungan kami umumna satuju sareng pangukuran ékspérimén fraksi volume hareup delaminasi.
Simulasi médan fase tina alloy Ta15Ti85 ngitung épék béda tina tambahan Ti sareng Ag kana lebur Cu dina kinétika panyabutan alloy anu diukur tina jerona panyabutan alloy salaku fungsi waktos (a), profil konsentrasi Ti dina cairan dina hiji jerona panyabutan alloy 400 nm (jero négatip widens kana ngalembereh luar struktur alloy (alloy hareup on kénca) b Ta leakage versus waktu (c) jeung fraksi padet dina struktur unalloyed versus lebur komposisi (d) Konsentrasi elemen tambahan dina ngalembereh ieu plotted sapanjang abscissa (d) (Ti - garis héjo, Ag - garis ungu jeung percobaan).
Kusabab laju hareup delaminasi turun kalayan waktos, évolusi morfologi nalika delaminasi nunjukkeun pangaruh ngirangan laju delaminasi.Dina ulikan lapangan fase saméméhna, urang niténan tumuwuhna gandeng eutektik-kawas hasilna dijejeran struktur topologically unbound salila ngaleupaskeun alloy prékursor Ta15Ti85 ku melts15 tambaga murni.Sanajan kitu, ngajalankeun lila tina simulasi widang fase sarua némbongkeun (tingali Suplemén Movie 4) yén nalika laju hareup dékomposisi jadi cukup leutik, tumuwuhna gandeng jadi teu stabil.Instability manifests sorangan dina goyang gurat tina flakes, nu nyegah alignment maranéhanana sarta, ku kituna, promotes formasi struktur topologically disambungkeun.Transisi tina pertumbuhan kabeungkeut stabil ka pertumbuhan goyang teu stabil lumangsung deukeut xi = 250 nm dina laju 4,7 mm / s.Sabalikna, jerona delaminasi xi tina lebur Cu70Ti30 kira-kira 40 nm dina laju anu sami.Kituna, urang teu bisa niténan transformasi saperti nalika nyoplokkeun alloy kalawan Cu70Ti30 ngalembereh (tingali Suplemén Movie 3), sabab nambahkeun 30% Ti mun ngalembereh nyata ngurangan kinétika panyabutan alloy.Tungtungna, sanajan tumuwuhna difusi-gandeng teu stabil alatan kinétika delaminasi laun, jarak λ0 beungkeut teuas dina hareup delaminasi kasarna taat kana hukum \({\lambda }_{0}^{2}V=C\) stasioner. growth15,31 dimana C nyaéta konstanta.
Pikeun nguji prediksi tina simulasi widang fase, percobaan panyabutan alloy dipigawé kalawan sampel nu leuwih gede jeung waktu panyabutan alloy leuwih panjang.Gambar 4a mangrupakeun diagram skéma némbongkeun parameter konci tina struktur delegated.The total jero delamination sarua jeung xi, jarak ti wates awal fase padet jeung cair ka hareup delamination.hL nyaéta jarak ti panganteur padet-cair awal ka ujung struktur delegasi saméméh etching.HL badag nunjukkeun bocor Ta kuat.Ti gambar SEM tina sampel delegated, urang bisa ngukur ukuran hD tina struktur delegated saméméh etching.Sanajan kitu, saprak ngalembereh ogé solidifies dina suhu kamar, kasebut nyaéta dimungkinkeun pikeun nahan struktur delegated tanpa beungkeut.Kituna, urang etched nu ngalembereh (tambaga euyeub fase) pikeun ménta struktur transisi sarta dipaké hC keur ngitung ketebalan tina struktur transisi.
a diagram Schematic of évolusi morfologi salila ngaleupaskeun pangotor jeung nangtukeun parameter geometri: leakage ketebalan lapisan Ta hL, ketebalan tina struktur delaminated hD, ketebalan tina struktur nyambungkeun hC.(b), (c) Validasi ékspérimén tina hasil simulasi lapangan fase ngabandingkeun bagian cross SEM sareng morfologi etched 3D tina alloy Ta15Ti85 anu disiapkeun tina lebur Cu (b) sareng Cu70Ag30 murni, ngahasilkeun beungkeut topologis kalayan Struktur ukuran beungkeut seragam (c), bar skala. 10 µm.
Bagian cross tina struktur delegated ditémbongkeun dina Gbr.4b, c mastikeun épék prediksi utama tina nambahkeun Ti jeung Ag mun Cu lebur dina morfologi jeung kinétika alloy delegated.Dina Gbr.Gambar 4b nembongkeun wewengkon handap cut SEM (di kénca) tina alloy Ta15T85 alloyed ku immersion dina tambaga murni pikeun 10 s ka jero xi ~ 270 μm.Dina skala waktu ékspérimén bisa diukur, nu sababaraha ordo gedena leuwih badag batan dina simulasi widang fase, laju hareup decoupling ogé handap laju bangbarung disebut tadi 4,7 mm / s, handap nu tumuwuhna beungkeut eutektik stabil jadi teu stabil.Ku alatan éta, struktur luhureun kulit hareup diperkirakeun topologically disambungkeun pinuh.Sateuacan etching, lapisan ipis tina alloy basa sagemblengna leyur (hL = 20 μm), nu ieu pakait sareng leakage Ta (Table 1).Saatos etching kimiawi fase-euyeub tambaga (katuhu), ngan hiji lapisan ipis alloy delegated (hC = 42 µm) tetep, nunjukkeun yén loba struktur delegated leungit integritas struktural salila etching sarta henteu, saperti nu diharapkeun, topologically kabeungkeut ( Gbr. 1a)., gambar paling katuhu dina baris katilu).Dina Gbr.4c nembongkeun bagian cross SEM lengkep sareng gambar 3D tina etching tina alloy Ta15Ti85 dihapus ku immersion dina Cu70Ag30 ngalembereh salila 10 detik nepi ka jero ngeunaan 200 µm.Kusabab jero mesek sacara téoritis diprediksi bakal ningkat ku \({x}_{i}(t)=\sqrt{4p{D}_{l}t}\) kinétika dikawasa difusi (tingali Catetan Tambahan 4) 15 16, Kalayan tambahan 30% Ag kana lebur Cu, panurunan dina jero pamisahan tina 270 μm ka 220 μm pakait sareng panurunan dina jumlah Peclet p ku faktor 1,5.Saatos étsa kimiawi fase beunghar Cu/Ag (katuhu), sakabéh struktur anu diwakilan nahan integritas struktural (hC = 200 µm), nunjukkeun yén éta dasarna mangrupa struktur bicontinuous anu diprediksi topologically gandeng (Gambar 1, gambar paling katuhu) baris kadua jeung sakabéh. baris handap).Sadaya ukuran tina alloy base delegated Ta15T85 di sagala rupa lebur diringkeskeun dina Table.1. Urang ogé nampilkeun hasil pikeun alloy basa Ta10Ti90 unalloyed dina rupa melts, confirming conclusions urang.Pangukuran ketebalan lapisan bocor Ta nunjukkeun yén struktur anu leyur dina lebur Cu70Ag30 (hL = 0 μm) langkung alit tibatan dina lebur Cu murni (hL = 20 μm).Sabalikna, tambahan Ti kana leyuran ngabubarkeun struktur alloyed leuwih lemah (hL = 190 μm).Panurunan dina disolusi tina struktur delegated antara Cu murni ngalembereh (hL = 250 μm) jeung Cu70Ag30 ngalembereh (hL = 150 μm) leuwih dibaca dina alloy delegated dumasar kana Ta10Ti90.
Pikeun ngartos pangaruh lebur anu béda, urang ngalaksanakeun analisis kuantitatif tambahan tina hasil ékspérimén dina Gbr. 5 (tingali ogé Data Suplemén 1).Dina Gbr.Angka 5a-b nunjukkeun sebaran konsentrasi anu diukur tina elemen anu béda sapanjang arah exfoliation dina percobaan exfoliation dina lebur Cu murni (Gbr. 5a) sareng ngalembereh Cu70Ag30 (Gbr. 5b).Konséntrasi rupa-rupa elemen anu plotted ngalawan jarak d ti hareup delamination ka ujung lapisan delamination dina map padet jeung fase cair (enriched dina Cu atawa CuAg) dina waktu delamination.Beda sareng ECD, dimana ingetan unsur-unsur anu tiasa larut ditangtukeun ku laju pamisahan, dina LMD, konsentrasi dina binder padet ditangtukeun ku kasatimbangan termodinamika lokal antara fase padet sareng cair sareng, ku kituna, pasipatan hirup babarengan tina padet sareng padet. fase cair.Diagram kaayaan alloy.Alatan disolusi Ti tina alloy basa, konsentrasi Ti nurun kalawan ngaronjatna d ti hareup delamination ka ujung lapisan delamination.Hasilna, konsentrasi Ta ngaronjat kalayan ngaronjatna d sapanjang kebat, nu éta konsisten jeung simulasi widang fase (Suplemén Gbr. 5).Konsentrasi Ti dina ngalembereh Cu70Ag30 ragrag leuwih deet ti dina ngalembereh Cu murni, nu konsisten jeung laju panyabutan alloy laun.Propil konsentrasi diukur dina Gbr.5b ogé nunjukkeun yén babandingan konsentrasi Ag jeung Cu dina cairan henteu persis konstan sapanjang lapisan alloy delegated, sedengkeun dina simulasi widang fase rasio ieu dianggap konstan dina simulasi ngalembereh sakumaha unsur pseudo Cu70Ag30.Sanajan bédana kuantitatif ieu, modél widang fase ngarebut pangaruh kualitatif utama tina nambahkeun Ag dina suppressing Ta leakage.Modeling pinuh kuantitatif tina gradién konsentrasi sadaya opat elemen dina binders padet tur cair merlukeun model opat-komponén leuwih akurat tina diagram fase TaTiCuAg, nu saluareun ruang lingkup karya ieu.
Profil konsentrasi diukur gumantung kana jarak d ti hareup delamination tina alloy Ta15Ti85 dina (a) ngalembereh Cu murni jeung (b) ngalembereh Cu70Ag30.Babandingan fraksi volume diukur tina padet ρ(d) tina struktur delegated (garis padet) jeung prediksi téoritis pakait jeung persamaan tanpa leakage Ta (garis putus-putus).(1) (c) Inflate persamaan prediksi.(1) Persamaan dilereskeun di hareup delamination.(2) Hartina, Ta leakage dianggap.Ukur rata-rata lebar beungkeutan λw sareng jarak λs (d).Bar kasalahan ngagambarkeun simpangan baku.
Dina Gbr.5c ngabandingkeun fraksi volume diukur tina padet ρ(d) (garis padet) pikeun delegated Cu jeung Cu70Ag30 struktur murni tina lebur jeung prediksi téoritis (garis putus-putus) dicandak tina konservasi massa ngagunakeun konsentrasi Ta diukur dina map padet \({ c }_ {Ta}^{s}(d)\) (Gbr. 5a,b) jeung teu malire leakage of Ta jeung transpor Ta antara beungkeut kalawan jerona beda separation.Lamun Ta robah tina padet jadi cair, sakabéh Ta dikandung dina alloy basa kudu redistributed kana map padet.Ku kituna, dina sagala lapisan struktur jauh jejeg arah panyabutan alloy, konservasi massa hartina \({c}_{Ta}^{s}(d){S}_{s}(d )={c}_ {Ta}^{0}(d){S}_{t}\), dimana \({c}_{Ta}^{s}(d)\) jeung \({c }_{Ta }^ {0}\) nyaéta konséntrasi Ta dina posisi d dina binder jeung alloy matrix, masing-masing, sarta Ss(d) jeung St nyaéta wewengkon cross-sectional tina binder teuas jeung sakabéh wewengkon terpencil, masing-masing.Ieu prédiksi fraksi volume padet dina lapisan jauh.
Ieu bisa gampang dilarapkeun kana struktur delegated Cu murni tur Cu70Ag30 lebur ngagunakeun pakait \ ({c}_{Ta}^{s}(d)\) kurva pakait jeung garis biru.prediksi ieu superimposed on Gbr. 5c némbongkeun yén ignoring Ta leakage mangrupakeun prediktor goréng tina distribusi fraksi volume.Konservasi massa bébas bocor prédiksi panurunan monoton dina fraksi volume kalawan ngaronjatna d, nu kualitatif dititénan dina lebur Cu murni, tapi teu di lebur Cu70Ag30, dimana ρ(d) boga minimum.Sajaba ti éta, ieu ngakibatkeun hiji overestimation signifikan tina fraksi volume di hareup separation pikeun duanana melts.Pikeun d ≈ 10 µm pangleutikna anu tiasa diukur, nilai ρ anu diprediksi pikeun duanana lebur ngaleuwihan 0,5, sedengkeun nilai ρ anu diukur pikeun lebur Cu sareng Cu70Ag30 masing-masing rada luhur tibatan 0,3 sareng 0,4.
Pikeun ngantebkeun peran utama bocor Ta, urang teras nunjukkeun yén bédana kuantitatif antara nilai ρ anu diukur sareng diprediksi caket payuneun dékomposisi tiasa dileungitkeun ku cara ngamurnikeun prediksi téoritis urang kalebet bocor ieu.Pikeun tujuan ieu, hayu urang ngitung jumlah total atom Ta nu ngalir ti padet kana cair lamun hareup buruk ngalir ngaliwatan jarak Δxi = vΔt dina interval waktu Δt Δxi = vΔt, dimana \(v={\dot{x )) _{i }( t )\) – laju delaminasi, jero jeung waktu bisa diturunkeun tina hubungan dipikawanoh \({x}_{i}(t)=\sqrt{4p{D}_{l}t } \) deaeration.Hukum lokal ngeunaan konservasi massa di hareup separation (d ≈ 0) nya éta ΔN = DlglΔtSl/va, dimana gl nyaéta gradién konsentrasi atom Ta dina cairan, va nyaéta volume atom pakait jeung konsentrasi dihartikeun salaku hiji fraksi atom, sarta Sl = St − Ss mangrupakeun aréa cross-sectional saluran cair di hareup delaminasi.Gradién konsentrasi gl bisa diitung ku asumsi yén konsentrasi atom Ta mibanda nilai konstan \({c}_{Ta}^{l}\) dina panganteur jeung leutik pisan dina lebur di luar lapisan exfoliated, nu méré \( {g}_ {l}={c}_{Ta}^{l}/{x}_{i}\) Jadi, \({{\Delta}}N=({{\Delta}} { x}_{i} {S}_{l}/{v}_{a}){c}_{Ta}^{l}/(2p)\).Lamun hareup pindah ka jarak Δxi, fraksi padet sarua jeung jumlah total atom Ta dikaluarkeun tina alloy basa, \({{\Delta}}{x}_{i}{S}_{t} { c }_{Ta}^ { 0}/{v}_{a}\), kana jumlah jumlah atom Ta bocor kana cairan, ΔN, tur kaasup kana binder padet\({{ \Delta} } {x}_{i}{S}_{s }{c}_{Ta}^{s}/{v}_{a}\).Persamaan ieu, babarengan jeung éksprési di luhur pikeun ΔN jeung hubungan St = Ss + Sl jeung fase di hareup delamination.
Dina wates nol kaleyuran atom Ta, nu ngurangan kana prediksi awal henteuna bocor, \(\rho ={c}_{Ta}^{0}/{c}_{Ta}^{s} \)cair ( \({c }_{Ta}^{l}=0\)).Ngagunakeun niléy \({c}_{Ta}^{l}\about 0,03\) tina pangukuran ékspérimén (teu ditémbongkeun dina Gbr. 5a, b) jeung angka Peclet p ≈ 0,26 jeung p ≈ 0,17 jeung konsentrasi padet \ ({c}_{Ta}^{s}\kurang leuwih 0,3\) jeung \({c}_{Ta}^{s}\kurang leuwih 0,25\) pikeun Cu jeung Cu70Ag30 lebur, masing-masing, urang meunangkeun nilai prediksi tina ngalembereh, ρ ≈ 0,38 jeung ρ ≈ 0,39.Prediksi ieu sacara kuantitatif saluyu sareng pangukuran anu lumayan.Sésana bédana (diprediksi 0,38 vs diukur 0,32 pikeun Cu murni jeung 0,39 diprediksi vs diukur 0,43 pikeun Cu70Ag30 ngalembereh) bisa dipedar ku kateupastian ukuran gede pikeun konsentrasi Ta pisan low dina cair (\( {c }_{Ta }^ {l}\kurang leuwih 0,03\)), nu diperkirakeun rada gedé dina lebur tambaga murni.
Sanajan percobaan ayeuna dipigawé dina alloy basa husus sarta elemen ngalembereh, urang ngaharepkeun yén hasil analisis percobaan ieu bakal mantuan pikeun nurunkeun persamaan.(2) Aplikasi lega pikeun sistem doping LMD anu sanés sareng metode anu aya hubunganana sapertos Solid State Impurity Removal (SSD).Nepi ka ayeuna, pangaruh bocorna unsur anu teu tiasa dicampurkeun dina struktur LMD parantos dipaliré.Ieu utamana alatan kanyataan yén éfék ieu teu signifikan dina ECDD, sarta sajauh eta geus naively nganggap yén NMD téh sarupa jeung REC.Tapi, bédana konci antara ECD sareng LMD nyaéta yén dina LMD kaleyuran unsur anu teu tiasa dicampurkeun dina cairan ningkat pisan kusabab konsentrasi luhur unsur anu tiasa larut dina sisi cair antarmuka (\({c}_{Ti} ^{ l}\)), anu dina gilirannana ngaronjatkeun konsentrasi unsur immiscible (\({c}_{Ta}^{l}\)) dina sisi cair interface jeung ngurangan fraksi volume diprediksi ku persamaan solid state. .(2) Perbaikan ieu alatan kanyataan yén panganteur padet-cair salila LMD aya dina kasatimbangan termodinamika lokal, jadi luhur \({c}_{Ti}^{l}\) mantuan ngaronjatkeun \({c} _ {Ta} ^{l}\ Nya kitu, luhur \({c}_{Ti}^{s}\) ngamungkinkeun Cu bisa diasupkeun kana binders teuas, sarta konsentrasi Cu padet dina binders ieu beda-beda ti kira 10% laun. Nurun ka nilai anu negligible di tepi lapisan delegated leutik (Suplemén Gbr. 6). Kontras, panyabutan éléktrokimia Ag tina alloy AgAu ku ECD mangrupakeun réaksi non-kasaimbangan nu teu ningkatkeun kaleyuran Au dina éléktrolit.Salian ti LMD, urang ogé miharep éta hasil urang lumaku pikeun drive solid state, dimana wates padet diperkirakeun ngajaga kasatimbangan termodinamika lokal salila alloy removal.Expéktasi ieu dirojong ku kanyataan yén parobahan dina fraksi volume. tina padet dina lapisan delegated tina struktur SSD ieu observasi, implying I, nu salila delegasi aya disolusi tina ligament padet, pakait jeung leakage unsur immiscible.
Jeung persamaan.(2) Dina raraga keur prediksi panurunan signifikan dina fraksi padet di hareup panyabutan alloy alatan Ta leakage, éta ogé perlu tumut kana akun Ta angkutan di wewengkon panyabutan alloy guna ngartos distribusi fraksi padet dina sakabéh. lapisan panyabutan alloy, nu konsisten kalayan tambaga murni tur Cu70Ag30 ngalembereh.Pikeun ngalembereh Cu70Ag30 (garis beureum dina Gbr. 5c), ρ(d) boga minimum ngeunaan satengah tina lapisan delegated.minimum Ieu alatan kanyataan yén jumlah total Ta dikandung dina map teuas deukeut ujung lapisan delegated leuwih gede dibandingkeun dina alloy basa.Nyaéta, pikeun d ≈ 230 μm \({S}_{s}(d){c}_{Ta}^{s}(d)\, > \,{S}_{t}{c} _ { Ta}^{0}\), atawa sarimbag lengkep, nu diukur ρ(d) = Ss(d)/St ≈ 0,35 jauh leuwih badag batan prédiksi persamaan.(1) Henteu bocor\({c}_{Ta}^{0}/{c}_{Ta}^{s}(d)\approx. 0.2\).Ieu ngandung harti yén bagian tina escaping Ta diangkut ti hareup separation ka wewengkon jauh ti hareup ieu, diffusing dina cairan sarta sapanjang panganteur padet-cair, dimana eta redeposited.
redeposition Ieu boga pangaruh sabalikna Ta leakage enrich Ta binders teuas, sarta sebaran fraksi teuas bisa qualitatively dipedar salaku kasaimbangan Ta leakage na redeposition.Pikeun ngalembereh Cu70Ag30, konsentrasi Ag dina cairan naek kalawan ngaronjatna d (garis dotted coklat dina Gbr. 5b) pikeun ngurangan leakage Ta ku ngurangan kalarutan Ta, nu ngabalukarkeun kanaékan ρ(d) kalawan ngaronjatna d sanggeus ngahontal minimum a. .Ieu ngajaga porsi padet cukup badag pikeun nyegah fragméntasi alatan detachment tina beungkeut teuas, nu ngécéskeun naon pangna struktur delegated di Cu70Ag30 lebur nahan integritas struktural sanggeus etching.Kontras, pikeun tambaga murni ngalembereh, leakage jeung redeposition ampir ngabolaykeun kaluar silih kaluar, hasilna ngurangan slow dina padet handap ambang fragméntasi pikeun kalolobaan lapisan delegated, nyésakeun ngan hiji lapisan pisan ipis nu nahan integritas struktural deukeut wates of lapisan delegated.(Gbr. 4b, Tabél 1).
Sajauh ieu, analisa kami utamina difokuskeun kana ngajelaskeun pangaruh kuat tina bocorna unsur anu tiasa larut dina médium anu dislocating dina fraksi padet sareng topologi struktur anu diwakilan.Hayu urang ayeuna giliran pangaruh leakage ieu dina coarsening tina struktur bicontinuum dina lapisan delegated, nu biasana lumangsung salila LMD alatan hawa processing tinggi.Ieu béda ti ECD dimana coarsening ampir teu aya nalika ngaleupaskeun alloy, tapi bisa disababkeun ku annealing dina suhu nu leuwih luhur sanggeus ngaleupaskeun alloy.Sajauh ieu, coarsening salila LMD geus dimodelkeun dina asumsi yén éta lumangsung alatan difusi unsur immiscible sapanjang antarbeungeut padet-cair, sarupa jeung difusi permukaan-dimédiasi coarsening tina struktur ECD nanoporous annealed.Ku kituna, ukuran beungkeut geus dimodelkeun ngagunakeun hukum skala baku enlargement kapiler.
dimana tc nyaéta waktu kasar, dihartikeun salaku waktu nu geus kaliwat sanggeus ngaliwatan hareup delaminasi dina jero xi dina lapisan delaminasi (dimana λ boga nilai awal λ00) nepi ka ahir percobaan delaminasi, sarta indéks skala n = 4 diffuses beungeut cai.Eq kedah dianggo kalayan ati-ati.(3) Interprétasi ukuran λ jeung jarak d pikeun struktur ahir tanpa pangotor dina ahir percobaan.Ieu alatan kanyataan yén wewengkon deukeut ujung lapisan delegated nyokot leuwih lila pikeun ngalegaan ti wewengkon deukeut hareup.Ieu bisa dilakukeun ku persamaan tambahan.(3) Komunikasi jeung tc jeung d.Hubungan ieu bisa gampang diala ku ngaramalkeun jerona panyabutan alloy salaku fungsi waktu, \({x}_{i}(t)=\sqrt{4p{D}_{l}t}\), anu méré tc(d) = te − tf(d), dimana te nyaéta lilana sakabéh percobaan, \({t}_{f}(d)={(\sqrt{4p{D}_{l} {t}_{ e } }-d)}^{2}/(4p{D}_{l})\) nyaéta waktu pikeun hareup delaminasi ngahontal jerona sarua jeung jero delaminasi ahir dikurangan d.Colokkeun ekspresi ieu pikeun tc(d) kana persamaan.(3) Prediksi λ(d) (tingali catetan tambahan 5).
Pikeun nguji prediksi ieu, kami ngalaksanakeun pangukuran lebar sareng jarak antara bundles dina bagian cross pinuh ku struktur anu diwakilan anu dipidangkeun dina Gambar Tambahan 9 pikeun lebur Cu sareng Cu70Ag30 murni.Tina garis scan jejeg arah delamination dina jarak béda d ti hareup delamination, kami nampi lebar rata-rata λw (d) tina bundles euyeub Ta jeung jarak rata-rata λs (d) antara bundles.Pangukuran ieu dipidangkeun dina Gbr.5d jeung dibandingkeun jeung prediksi tina persamaan.(3) dina Gambar Tambahan 10 pikeun nilai béda n.Babandingan nunjukkeun yén indéks difusi permukaan n = 4 méré prediksi goréng.Prediksi ieu teu nyata ningkat ku milih n = 3 pikeun bulk difusi-dimédiasi capillary coarsening, nu salah naively bisa nyangka nyadiakeun fit hadé alatan Ta leakage kana cair.
Beda kuantitatif ieu antara téori jeung percobaan teu heran, saprak Eq.(3) ngajelaskeun coarsening kapilér dina fraksi volume konstan ρ, sedengkeun di LMD fraksi padet ρ henteu konstan.ρ robah sacara spasial dina lapisan dipiceun dina tungtung panyabutan alloy, sakumaha ditémbongkeun dina Gbr.5c.ρ ogé robah kalawan waktu salila ngaleupaskeun pangotor dina jero panyabutan tetep, tina nilai hareup panyabutan (nu kira konstan dina waktu sahingga bebas tina tf jeung d) kana nilai diukur ρ(d) ditémbongkeun dina Gbr. 5c pakait jeung panungtungan waktu.Ti Gbr.3d, bisa diperkirakeun yén nilai hareup buruk ngeunaan 0,4 jeung 0,35 pikeun AgCu jeung Cu murni lebur, masing-masing, nu dina sagala hal leuwih luhur ti nilai ahir ρ dina waktos te.Kadé dicatet yén panurunan dina ρ kalawan waktu dina d tetep mangrupakeun konsékuansi langsung tina ayana gradién konsentrasi unsur larut (Ti) dina cairan.Kusabab konsentrasi Ti dina cair turun kalayan ngaronjatna d, konsentrasi kasatimbangan Ti dina padet ogé mangrupa turunna fungsi d, nu ngabalukarkeun disolusi Ti tina binders padet sarta panurunan dina fraksi padet kana waktu.Parobahan temporal dina ρ ogé kapangaruhan ku leakage na redeposition of Ta.Ku kituna, alatan éfék tambahan tina disolusi jeung reprecipitation, urang ngaharepkeun yén coarsening salila LMD bakal, sakumaha aturan, lumangsung dina fraksi volume non-konstan, nu bakal ngakibatkeun évolusi struktural salian coarsening kapilér, tapi ogé alatan difusi dina. cair jeung teu ukur sapanjang wates solid-cair.
Fakta persamaan.(3) Lebar beungkeut sareng ukuran jarak pikeun 3 ≤ n ≤ 4 henteu diitung (Suplemén Gbr. 10), nunjukkeun yén disolusi sareng redeposition sanés kusabab réduksi antarmuka maénkeun peran anu dominan dina percobaan ayeuna.Pikeun coarsening kapilér, λw jeung λs diperkirakeun boga gumantungna sarua dina d, bari Gbr. 5d nunjukeun yen λs naek kalawan d leuwih gancang ti λw pikeun Cu murni tur Cu70Ag30 lebur.Sedengkeun téori kasar nu merhatikeun disolusi jeung redeposition kudu dianggap ngajelaskeun ukuran ieu kuantitatif, bédana ieu diperkirakeun kualitatif, sabab disolusi lengkep beungkeut leutik nyumbang kana kanaékan jarak antara beungkeut.Sajaba ti éta, λs tina Cu70Ag30 ngalembereh ngahontal nilai maksimum na di tepi lapisan tanpa alloy, tapi kanyataan yén λs tina tambaga murni ngalembereh terus ningkat monotonically bisa dipedar ku kanaékan konsentrasi Ag dina cairan, dimana. d dipaké pikeun ngajelaskeun ρ(d) dina Gbr. 5c kabiasaan nonmonotonic.Ngaronjatkeun konsentrasi Ag kalawan ngaronjatna d suppresses Ta leakage jeung binder disolusi, nu ngabalukarkeun panurunan dina λs sanggeus ngahontal nilai maksimum.
Tungtungna, dicatet yén studi komputer ngeunaan coarsening kapilér dina fraksi volume konstan némbongkeun yén nalika fraksi volume ragrag handap ambang kira 0.329.30, fragmen struktur salila coarsening.Dina prakték, bangbarung ieu bisa jadi rada handap sabab fragméntasi jeung réduksi genus concomitant lumangsung dina skala waktu comparable atawa leuwih gede ti total waktu panyabutan alloy dina percobaan ieu.Kanyataan yén struktur delegasi dina lebur Cu70Ag30 nahan integritas strukturna sanajan ρ(d) rada handap 0,3 dina rentang rata-rata d nunjukkeun yén fragméntasi, lamun aya, lumangsung ngan sawaréh.Ambang fraksi volume pikeun fragméntasi ogé tiasa gumantung kana disolusi sareng represipitasi.
Ulikan ieu narik dua kacindekan utama.Kahiji, sarta leuwih praktis, topologi tina struktur delegated dihasilkeun LMD bisa dikawasa ku milih ngalembereh.Ku milih ngalembereh pikeun ngurangan kaleyuran unsur immiscible A tina alloy basa AXB1-X dina ngalembereh, sanajan kawates, struktur kacida delegated bisa dijieun nu nahan cohesiveness na sanajan dina konsentrasi low tina elemen lanté X jeung integritas struktural. .Saacanna dipikanyaho yén ieu mungkin pikeun ECD25, tapi henteu pikeun LMD.Kacindekan kadua, nu leuwih fundamental, naha di LMD integritas struktural bisa dilestarikan ku modifying sedeng delegating, nu metot dina diri jeung bisa ngajelaskeun observasi tina alloy TaTi kami dina Cu murni tur CuAg melts dina , tapi ogé dina leuwih umum pikeun netelakeun penting, saméméhna underestimated béda antara ECD na LMD.
Dina ECD, kohésivitas struktur dijaga ku ngajaga tingkat panyabutan najis dina tingkat X anu handap, anu tetep konstan dina waktosna pikeun gaya nyetir anu tetep, cukup leutik pikeun ngajaga unsur B anu tiasa larut dina binder padet nalika ngaleungitkeun najis pikeun ngajaga. volume padatan.fraksi ρ cukup badag pikeun nyegah fragméntasi25.Dina LMD, laju miceun alloy \(d{x}_{i}(t)/dt=\sqrt{p{D}_{l}/t}\) turun kalawan waktu alatan kinétika difusi kawates.Janten, henteu paduli jinis komposisi lebur anu ngan ukur mangaruhan jumlah Peclet p, laju delaminasi gancang ngahontal nilai anu cukup leutik pikeun nahan jumlah B anu cukup dina binder padet, anu langsung ditingali dina kanyataan yén ρ dina delaminasi. hareup tetep kira konstan kalawan waktu.Kanyataan na luhureun bangbarung fragméntasi.Salaku ditémbongkeun ku simulasi widang fase, laju mesek ogé gancang ngahontal nilai cukup leutik pikeun destabilize tumuwuhna beungkeut eutektik, kukituna facilitating formasi struktur topologically kabeungkeut alatan gerak goyang gurat lamellae nu.Ku kituna, bédana fundamental utama antara ECD na LMD perenahna di évolusi hareup delamination ngaliwatan struktur internal tina lapisan sanggeus bengkahna jeung ρ, tinimbang laju delamination.
Dina ECD, ρ sareng konektipitas tetep konstan sapanjang lapisan jauh.Dina LMD, sabalikna, duanana rupa-rupa dina hiji lapisan, nu jelas ditémbongkeun dina ulikan ieu, nu peta konsentrasi atom jeung distribusi ρ sakuliah jero struktur delegated dijieun ku LMD.Aya dua alesan pikeun parobahan ieu.Kahiji, sanajan dina wates kaleyuran enol A, gradién konsentrasi B dina cairan, nu bolos dina DZE, induces gradién konsentrasi A dina map padet, nu aya dina kasatimbangan kimiawi jeung cair.Gradién A, dina gilirannana, induces gradién ρ jero lapisan tanpa najis.Kadua, leakage of A kana cairan alatan non-enol kaleyuran salajengna modulates variasi spasial ρ dina lapisan ieu, kalawan ngurangan kaleyuran mantuan pikeun ngajaga ρ luhur tur leuwih spasial seragam pikeun ngajaga konektipitas.
Tungtungna, évolusi ukuran beungkeut sareng konektipitas dina lapisan anu diwakilan salami LMD langkung rumit tibatan coarsening kapilér anu terbatas difusi permukaan dina fraksi volume konstan, sakumaha anu dikira saméméhna ku analogi sareng kasarasan struktur ECD nanoporous annealed.Salaku ditémbongkeun di dieu, coarsening di LMD lumangsung dina fraksi padet spatiotemporally varying tur ilaharna dipangaruhan ku mindahkeun diffusional A jeung B dina kaayaan cair ti hareup delamination ka ujung lapisan disjointed.Hukum skala pikeun coarsening kapiler diwatesan ku difusi permukaan atawa bulk teu bisa ngitung parobahan rubak jeung jarak antara bundles dina lapisan delegated, asumsina yén angkutan A jeung B pakait sareng gradién konsentrasi cairan maénkeun peran sarua atawa idéntik.Leuwih penting batan ngurangan aréa panganteur.Ngembangkeun téori anu merhatikeun rupa-rupa pangaruh ieu mangrupikeun prospek anu penting pikeun masa depan.
Alloy binér titanium-tantalum dibeuli ti Arcast, Inc (Oxford, Maine) ngagunakeun catu daya induksi 45 kW Ambrell Ekoheat ES sareng wadah tambaga anu tiis cai.Sanggeus sababaraha heats, unggal alloy ieu annealed pikeun 8 jam dina suhu dina 200 ° C. tina titik lebur pikeun ngahontal homogenization sarta pertumbuhan sisikian.Sampel anu dipotong tina ingot master ieu dilas kana kawat Ta sareng ditunda tina panangan robot.Mandi logam anu disiapkeun ku manaskeun campuran 40 g Cu (McMaster Carr, 99,99%) kalawan Ag (Kurt J. Lesker, 99,95%) atawa partikel Ti dina kakuatan tinggi ngagunakeun 4 kW Sistim pemanasan induksi Ameritherm Easyheat dugi disolusi lengkep.mandi.pinuh dipanaskeun ngalembereh.Ngurangan kakuatan sarta ngantep mandi aduk jeung equilibrate satengah jam dina suhu réaksi 1240 ° C.Lajeng panangan robotic ieu lowered, sampel ieu immersed dina mandi pikeun waktos predetermined sarta dipiceun pikeun cooling.Sadaya pemanasan billet alloy sareng LMD dilaksanakeun dina atmosfir argon purity tinggi (99,999%).Saatos miceun alloy, bagian cross tina sampel anu digosok sarta nalungtik maké mikroskop optik jeung scanning mikroskop éléktron (SEM, JEOL JSM-6700F).Analisis unsur dipigawé ku énergi dispersive X-ray spéktroskopi (EDS) dina SEM.Mikrostruktur tilu diménsi tina sampel anu diwakilan dititénan ku cara ngabubarkeun fase beunghar tambaga anu solid dina larutan asam nitrat 35% (kelas analitik, Fluka).
Simulasi dilumangsungkeun ngagunakeun modél saméméhna dimekarkeun tina widang fase decoupling tina alloy ternary15.Modél ngahubungkeun évolusi médan fase ϕ, nu ngabédakeun antara fase padet jeung cair, jeung médan konsentrasi ci unsur paduan.Total énergi bébas tina sistem dinyatakeun salaku
dimana f(φ) nyaéta poténsi panghalang ganda kalawan minimum dina φ = 1 jeung φ = 0 pakait jeung padet jeung cair, masing-masing, sarta fc(φ, c1, c2, c3) nyaéta kontribusi kimia pikeun kabebasan volume ngajéntrékeun dénsitas énergi. tina alloy sipat termodinamika.Pikeun simulate remelting of Cu murni atawa CuTi melts kana alloy TaTi, kami nganggo formulir sarua fc(φ, c1, c2, c3) jeung parameter sakumaha dina rujukan.15. Pikeun miceun alloy TaTi kalawan CuAg melts, kami geus disederhanakeun sistem kuarternér (CuAg) TaTi kana sistem terner éféktif jeung parameter béda gumantung kana konsentrasi Ag, sakumaha ditétélakeun dina Catetan Tambahan 2. Persamaan évolusi pikeun widang fase jeung médan konsentrasi dicandak dina bentuk varian dina bentuk
Dimana \({M}_{ij}={M}_{l}(1-\phi){c}_{i}\left({\delta}_{ij}-{c}_{j} \ katuhu) \) nyaéta matriks mobilitas atom, sareng Lϕ ngatur kinétika kantétan atom dina antarmuka padet-cair.
Data ékspérimén anu ngarojong kana hasil panalungtikan ieu tiasa dipendakan dina file data tambahan.Parameter simulasi dirumuskeun dina inpormasi tambahan.Sadaya data ogé sayogi ti pangarang masing-masing upami dipénta.
Wittstock A., Zelasek W., Biner J., Friend SM jeung Baumer M. Nanoporous katalis emas pikeun gas-fase selektif gas-fase gandeng oksidatif low métanol.Élmu 327, 319-322 (2010).
Zugic, B. et al.Rekombinasi dinamis nangtukeun aktivitas katalitik katalis alloy emas-perak nanoporous.Almamater nasional.16, 558 (2017).
Zeis, R., Mathur, A., Fritz, G., Lee, J. 和 Erlebacher, J. Platinum-coated nanoporous emas: hiji low pt loading electrocatalyst efisien pikeun sél suluh PEM.Jurnal # 165, 65-72 (2007).
Snyder, J., Fujita, T., Chen, MW na Erlebacher, J. réduksi oksigén dina electrocatalysts komposit cair logam-ion nanoporous.Almamater nasional.9, 904 (2010).
Lang, X., Hirata, A., Fujita, T. jeung Chen, M. Nanoporous hibrid logam / éléktroda oksida pikeun supercapacitors éléktrokimia.Nanotéhnologi nasional.6, 232 (2011).
Kim, JW et al.Optimasi fusi niobium sareng lebur logam pikeun nyiptakeun struktur porous pikeun kapasitor éléktrolitik.Jurnal.84, 497-505 (2015).
Bringa, EM jsb Dupi bahan nanoporous tahan ka radiasi?Nanolet.12, 3351–3355 (2011).