विस्फोट और चाबुक मारने वाले सिरेमिक नए लोगों के लिए मार्ग प्रशस्त करते हैं

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विस्फोट और चाबुक मारने वाले सिरेमिक नए लोगों के लिए मार्ग प्रशस्त करते हैं

आकार बदलने वाली सामग्री बनाना कोई आसान प्रक्रिया नहीं है। इसमें संरचनात्मक परिवर्तनों के माध्यम से परमाणुओं के बीच की दूरी की नाजुक ट्यूनिंग शामिल है, ताकि दोनों चरण एक साथ अच्छी तरह से फिट हो सकें। यह आरेख दिखाता है कि जब शोधकर्ताओं ने सिरेमिक सामग्री के नमूने के साथ इस नुस्खा को लागू किया तो क्या हुआ। सिरेमिक के विरूपण को ठीक करने के बजाय, उन्होंने देखा कि कुछ नमूने धीरे-धीरे पाउडर के ढेर में बिखर गए, एक घटना जिसे वे “रोना” कहते हैं। क्रेडिट: गुजरात, एट अल।, मिनेसोटा विश्वविद्यालय और किल यूनिवर्सिटी

यूनिवर्सिटी ऑफ मिनेसोटा ट्विन सिटीज और जर्मनी में यूनिवर्सिटी ऑफ किल के शोधकर्ताओं की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने सिरेमिक सामग्री को फिर से आकार देने का एक तरीका खोजा है। यह आविष्कार चिकित्सा उपकरणों से लेकर इलेक्ट्रॉनिक्स तक सब कुछ सुधार सकता है।


शोध ओपन एक्सेस में प्रकाशित हुआ है प्रकृति.

जिस किसी ने भी कभी एक कप कॉफी गिराई है और उसे कई टुकड़ों में टूटते हुए देखा है, वह जानता है कि चीनी मिट्टी की चीज़ें भंगुर होती हैं। मामूली विकृति के अधीन, वे विघटित हो जाते हैं। हालांकि, सिरेमिक का उपयोग केवल व्यंजन और बाथरूम टाइलों से अधिक के लिए किया जाता है, उनका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता है, क्योंकि उनकी संरचना के आधार पर, वे अर्धचालक, अतिचालक, फेरोइलेक्ट्रिक या इन्सुलेट हो सकते हैं। सिरेमिक भी गैर-संक्षारक होते हैं और स्पार्क प्लग, फाइबर ऑप्टिक्स, चिकित्सा उपकरणों, अंतरिक्ष शटल टाइल्स, रासायनिक सेंसर और स्की सहित विभिन्न प्रकार के उत्पादों में उपयोग किए जाते हैं।

भौतिक स्पेक्ट्रम के दूसरे छोर पर आकार स्मृति मिश्र धातु है। ये ज्ञात सबसे विकृत या बदली जाने वाली सामग्री में से कुछ हैं। मेडिकल स्टेंट के रूप में काम करते समय शेप मेमोरी एलॉय इस जबरदस्त विकृति पर निर्भर करता है, जो कि ट्विन सिटीज क्षेत्र और जर्मनी में जीवंत चिकित्सा उपकरण उद्योग की रीढ़ है।

आकार बदलने वाले इस व्यवहार की जड़ ठोस से ठोस अवस्था में संक्रमण है। क्रिस्टलीकरण-पिघलने-पुनर्स्थापन प्रक्रिया के विपरीत, क्रिस्टलीय ठोस-ठोस संक्रमण केवल ठोस अवस्था में होते हैं। तापमान (या दबाव) को बदलकर, क्रिस्टलीय ठोस को तरल चरण में प्रवेश किए बिना दूसरे क्रिस्टलीय ठोस में परिवर्तित किया जा सकता है।

यह वीडियो सिरेमिक सामग्री का एक नमूना दिखाता है जिसमें चरणों के बीच उत्कृष्ट स्थिरता के लिए एक ट्यून की गई संरचना है, लेकिन अनाज की सीमाओं पर खराब स्थिरता है। जब यह एक चरण परिवर्तन से गुजरता है तो यह फट जाता है। क्रेडिट: जस्चा रोमर, किल यूनिवर्सिटी

इस नए शोध में रिवर्सिबल शेप मेमोरी सेरामिक्स बनाने की राह सीधी थी। शोधकर्ताओं ने पहली बार एक नुस्खा की कोशिश की जो एक नई धातु के आकार की स्मृति सामग्री की खोज करने के लिए काम करती थी। इसमें संरचनात्मक परिवर्तनों के माध्यम से परमाणुओं के बीच की दूरी की नाजुक ट्यूनिंग शामिल है, ताकि दोनों चरण एक साथ अच्छी तरह से फिट हो सकें। उन्होंने इस नुस्खा को लागू किया, लेकिन, सिरेमिक के मलिनकिरण को ठीक करने के बजाय, उन्होंने देखा कि चरण परिवर्तन के दौरान कुछ नमूने फट जाते हैं। अन्य धीरे-धीरे पाउडर के ढेर में गिर गए, एक घटना जिसे वे “रोना” कहते हैं।

दूसरे डिजाइन के साथ, उन्होंने एक प्रतिवर्ती परिवर्तन देखा, जो आकार की स्मृति सामग्री जैसे चरणों के बीच आसानी से आगे और पीछे बदल जाता है। जिन गणितीय स्थितियों के तहत एक प्रतिवर्ती परिवर्तन होता है, उन्हें व्यापक रूप से लागू किया जा सकता है और विरोधाभासी आकार-स्मृति सिरेमिक की ओर आगे बढ़ने का मार्ग प्रदान करती है।

“हम अपने परिणामों से बहुत हैरान थे। आकार-स्मृति सिरेमिक एक पूरी तरह से नई प्रकार की कार्यात्मक सामग्री होगी,” अध्ययन के सह-लेखक रिचर्ड जेम्स और एयरोस्पेस इंजीनियरिंग विभाग में प्रतिष्ठित मैकनाइट विश्वविद्यालय के प्रोफेसर ने कहा। मिनेसोटा विश्वविद्यालय। यांत्रिकी। “आकार मेमोरी एक्ट्यूएटर्स की बहुत आवश्यकता है जो उच्च तापमान या संक्षारक वातावरण में काम कर सकते हैं। लेकिन जो चीज हमें सबसे ज्यादा उत्साहित करती है वह है नए फेरोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की संभावना। इन सामग्रियों में, छोटे तापमान से बिजली उत्पन्न करने के लिए चरण परिवर्तन का उपयोग किया जा सकता है। मतभेद।”

यह वीडियो एक नमूना दिखाता है जिसमें चरणों के बीच उत्कृष्ट स्थिरता के लिए ट्यून की गई संरचना है, लेकिन अनाज की सीमाओं पर खराब स्थिरता है। जैसे-जैसे यह चरण परिवर्तन से गुजरता है, यह धीरे-धीरे अनाज की सीमाओं पर अलग हो जाता है। एक घटना जिसे लेखक “रोना” कहते हैं। क्रेडिट: जस्चा रोमर, किल यूनिवर्सिटी

जर्मन टीम प्रयोगात्मक भाग और नैनोस्केल पर रासायनिक और संरचनात्मक जांच के लिए जिम्मेदार थी।

एक सह-लेखक एकहार्ड क्वांड्ट कहते हैं, “मिनेसोटा विश्वविद्यालय में रिचर्ड जेम्स के समूह के साथ सहयोग यह समझाने में अमूल्य था कि, उम्मीदों के विपरीत, सिरेमिक अत्यधिक असंगत हैं और विस्फोट या सड़ते हैं।” किल यूनिवर्सिटी में इंस्टीट्यूट फॉर द स्टडी एंड मैटेरियल्स साइंस के प्रोफेसर। “इस आधार पर विकसित सिद्धांत न केवल व्यवहार का वर्णन करता है, बल्कि वांछित सुसंगत आकार की स्मृति सिरेमिक प्राप्त करने का तरीका भी दिखाता है।”

जेम्स ने मिनेसोटा विश्वविद्यालय और किल विश्वविद्यालय के बीच सहयोग के महत्व पर भी प्रकाश डाला।

यह वीडियो सिरेमिक सामग्री का एक नमूना दिखाता है जो चरणों के बीच आगे और पीछे परिवर्तित होता है, जो स्मृति सामग्री के आकार का होता है। जिन गणितीय स्थितियों के तहत एक प्रतिवर्ती परिवर्तन होता है, उन्हें व्यापक रूप से लागू किया जा सकता है और विरोधाभासी आकार-स्मृति सिरेमिक की ओर आगे बढ़ने का मार्ग प्रदान करती है। क्रेडिट: जस्चा रोमर, किल यूनिवर्सिटी

जेम्स ने कहा, “किल यूनिवर्सिटी में एकहार्ड क्वांड्ट के समूह के साथ हमारा सहयोग जबरदस्त उत्पादक रहा है।” “ऐसे सभी सहयोगों में, पर्याप्त ओवरलैप है कि हम अच्छी तरह से संवाद करते हैं, लेकिन प्रत्येक समूह बहुत सारे विचार और तकनीक लाता है जो हमारी सामूहिक क्षमता को खोजने का विस्तार करता है।”

जेम्स और क्वांड्ट के अलावा, शोध दल में किल यूनिवर्सिटी के लोरेंज कीनले, लेबनानी इंस्टीट्यूट ऑफ सरफेस इंजीनियरिंग के आंद्रेई लोटनिक और स्नातक छात्र हनलिन गु, जस्चा रोमर और जस्टिन जेटर शामिल हैं।


‘आकृति स्मृति’ के साथ रचना की एक नई विधि


और जानकारी:
हनलिन गु एट अल, एक्सप्लोडिंग एंड वेपिंग सिरेमिक्स, प्रकृति (2021)। डीओआई: 10.1038 / s41586-021-03975-5

मिनेसोटा विश्वविद्यालय द्वारा प्रदान किया गया

उल्लेख: विस्फोट और रोना सिरेमिक नई आकार-स्थानांतरण सामग्री के लिए पथ प्रदान करता है (2021, नवंबर 17) (21 नवंबर, 2021) https://phys.org/news/2021-11-ceramics-path-shape-shifting-material। पुनर्प्राप्त किया गया। एचटीएमएल से

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