जब स्टील, एल्यूमीनियम और अन्य व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली धातु या मिश्र धातु मशीनिंग, रोलिंग और फोर्जिंग जैसी औद्योगिक प्रक्रियाओं से गुजरती हैं, तो उनकी नैनोस्केल संरचना में नाटकीय परिवर्तन होते हैं। अत्यधिक तेज़ उत्पादन प्रक्रियाओं के कारण इन परिवर्तनों का विश्लेषण करना मुश्किल हो जाता है, क्योंकि वे तीव्र गति और छोटे पैमाने पर होते हैं, लेकिन अमेरिका में मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के शोधकर्ताओं ने अब ठीक वैसा ही करने में सफलता प्राप्त की है। नैनोस्केल पर अत्यधिक विरूपण के तहत धातु में क्रिस्टल अनाज के रूप में होता है। उनका काम कठोरता और क्रूरता जैसे बेहतर गुणों के साथ धातु संरचनाओं के विकास में मदद कर सकता है।
सामान्य तौर पर, ये क्रिस्टल के दाने जितने छोटे होंगे, धातु उतनी ही सख्त और मजबूत होगी। धातुकर्मी अक्सर धातुओं को दबाव में रखकर अनाज के आकार को छोटा करना चाहते हैं। ऐसा करने के लिए वे जिन मुख्य तकनीकों का उपयोग करते हैं उनमें से एक पुन: क्रिस्टलीकरण है, जिसमें धातु को उच्च तनाव पर विकृत किया जाता है और महीन क्रिस्टल बनाने के लिए गर्म किया जाता है। चरम मामलों में, यह प्रक्रिया नैनोस्केल आयामों के साथ अनाज का उत्पादन कर सकती है।
"सिर्फ एक प्रयोगशाला जिज्ञासा नहीं"
क्रिस्टोफर शुह के नेतृत्व में एमआईटी टीम ने अब यह निर्धारित किया है कि यह उच्च गति, छोटे पैमाने की प्रक्रिया कैसे होती है। उन्होंने सुपरसोनिक गति से एक धातु पर तांबे के धातु के माइक्रोपार्टिकल्स को लॉन्च करने के लिए एक लेजर का उपयोग करके ऐसा किया और देखा कि जब कणों ने इसे मारा तो क्या हुआ। शुह बताते हैं कि उच्च गति मशीनिंग जैसी औद्योगिक प्रक्रियाओं के साथ ऐसी उच्च गति "सिर्फ एक प्रयोगशाला जिज्ञासा नहीं है"; धातु पाउडर की उच्च ऊर्जा मिलिंग; और एक कोटिंग विधि जिसे कोल्ड स्प्रे कहा जाता है, सभी समान दरों पर हो रही हैं।
"हमने यह समझने की कोशिश की है कि बहुत ही चरम दरों के तहत पुनर्रचना प्रक्रिया," वे बताते हैं। "क्योंकि दरें इतनी अधिक हैं, कोई भी वास्तव में वहां खुदाई करने और उस प्रक्रिया को पहले व्यवस्थित रूप से देखने में सक्षम नहीं है।"
अपने प्रयोगों में, शोधकर्ताओं ने प्रभावों की गति और ताकत को अलग-अलग किया और फिर उन्नत नैनोस्केल माइक्रोस्कोपी विधियों जैसे इलेक्ट्रॉन बैकस्कैटर विवर्तन और स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके प्रभावित साइटों का अध्ययन किया। इस दृष्टिकोण ने उन्हें बढ़ते तनाव के स्तर के प्रभावों का विश्लेषण करने की अनुमति दी।
उन्होंने पाया कि प्रभाव नाटकीय रूप से धातु की संरचना को परिष्कृत करते हैं, जिससे क्रिस्टल अनाज सिर्फ नैनोमीटर भर में बनते हैं। उन्होंने एक पुनर्क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया का भी अवलोकन किया जिसे "नैनोटविनिंग" द्वारा मदद की गई थी - ट्विनिंग नामक धातुओं में एक प्रसिद्ध घटना का एक रूपांतर, जिसमें एक विशिष्ट प्रकार का दोष तब बनता है जब क्रिस्टल संरचना का हिस्सा अपने उन्मुखीकरण को फ़्लिप करता है।
शुह और उनके सहयोगियों ने देखा कि प्रभाव दर जितनी अधिक होती है, उतनी ही बार नैनोट्विनिंग होती है। यह हमेशा छोटे अनाज की ओर जाता है क्योंकि नैनोस्केल "जुड़वां" नए क्रिस्टल अनाज में टूट जाते हैं, वे कहते हैं। प्रक्रिया धातु की ताकत को लगभग 10 के कारक तक बढ़ा सकती है, जिसे शूह गैर-नगण्य के रूप में वर्णित करता है।
एक बेहतर यंत्रवत समझ
शू ने टीम के परिणाम को हार्डनिंग नामक एक ज्ञात प्रभाव के विस्तार के रूप में वर्णित किया है जो साधारण धातु फोर्जिंग में हथौड़े के वार से आता है। "हमारा प्रभाव एक प्रकार की हाइपर-फोर्जिंग प्रकार की घटना है," वे कहते हैं। हालांकि परिणाम उस संदर्भ में समझ में आता है, शूह बताता है भौतिकी की दुनिया कि यह धातु संरचनाओं के निर्माण की बेहतर यंत्रवत समझ को जन्म दे सकता है, जिससे इंजीनियरों के लिए इन संरचनाओं को नियंत्रित करने के लिए प्रसंस्करण स्थितियों को डिजाइन करना आसान हो जाता है। "हमारे काम में हमने जो बहुत छोटी, नैनोस्केल संरचनाएं देखीं, वे उनकी अत्यधिक ताकत के लिए रुचि रखते हैं, उदाहरण के लिए, " वे कहते हैं।
ताकत बढ़ाने के लिए धीरे-धीरे क्यों करता है
टीम के सदस्य के अनुसार अहमद तियामियु, नए निष्कर्षों को सीधे वास्तविक दुनिया के धातु उत्पादन पर लागू किया जा सकता है। "प्रयोगात्मक कार्य से उत्पन्न रेखांकन आम तौर पर लागू होने चाहिए," वे कहते हैं। "वे सिर्फ काल्पनिक रेखाएं नहीं हैं।"
अध्ययन में, जो . में प्रकाशित हुआ है प्रकृति सामग्री, शोधकर्ताओं ने एक प्रभाव के दौरान धातु की संरचना के विकास को समझने पर ध्यान केंद्रित किया। अन्य विशेषताओं का अध्ययन करना दिलचस्प होगा, जैसे कि एक प्रभाव स्थल के आसपास का तापमान कैसे विकसित होता है, वे कहते हैं। "हम अब इस दिशा में काम कर रहे हैं," शू ने खुलासा किया।
