Sonunda çatladı! Bir madde ısıtıldığında neden erir? Saniyede 30 metreye kadar eritme hızı
Eğer biri Katı madde Yeterince ısıtın, Termal enerji Malzemeye neden olur Moleküller bölünmeye ve bir sıvı oluşturmaya başlar . Düzenli katı Düzensizliğe Sıvı faz geçişinin en bilinen örneklerinden biri buzun suya dönüşmesidir.
Eritme / eritme, maddenin temel bir süreci olmasına rağmen, yeterli zaman çözünürlüğüne sahip araştırma yeteneklerinin eksikliğinden dolayı, bilim adamları bunu yapamamışlardır. Mikro seviye Nasıl olduğunu anlayın. Bununla birlikte, son on yılda X ışını içermeyen elektron lazerlerinin (XFEL'ler) ortaya çıkışı araştırmalar yaptı. Erime mekanizması Ve diğer ultra hızlı atomik ölçek dinamikleri mümkün hale gelir.
Bu enstrümanların kullanımı (bağlayıcı olmayan) Serbest elektron X ışını enerji bölgesinde üretilmiştir Femtosaniye ışık atımı (Bir femtosaniye, saniyenin trilyonda biridir). X ışını senkrotronları ile karşılaştırıldığında, X ışını içermeyen elektron lazerleri çok daha kısa süreli ve çok daha yüksek yoğunluklu X ışını darbelerine sahiptir.
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)Şimdi, uluslararası bilim adamlarından oluşan bir araştırma ekibi, Güney Kore'nin Pohang Hızlandırıcı Laboratuvarı XFEL'i (PAL-XFEL) kullanarak Nano kalın altın filmin erimesini izleyin Bu altın filmler birçok Farklı yönelim Çok küçük Kristaller kompozisyon. Araştırma, bu polikristalin altın filmleri femtosaniye lazerlerde ("pompalama") izlemek için ultra kısa X-ışını darbeleri ("problar") kullanır Uyarma sonrası yapısal değişiklikler Böylece erimeye neden olur.
X-ışını darbesi altına ulaştığında, X-ışını ışını bir Malzeme kristal yapı özellikleri Desen kırınım , Toplayarak Pikosaniye ölçeği Araştırmacılar, farklı pompa algılama zaman gecikmelerine sahip X-ışını kırınım görüntülerinde Altın filmin erimesi başladığında ve ilerlediğinde Bir "anlık görüntü" alın. Zamanla kırınım modellerinde meydana gelen değişiklikler, kristal bozukluğunun dinamiklerini ortaya çıkarır. . Bilim adamlarının seçmesinin nedeni altın Bu araştırmayı, çünkü Çok güçlü X-ışını kırınımı Ve net bir katıdan sıvıya geçiş aşaması var, X-ışını kırınım modeli Erime Düzensiz (düzensiz).
"Science Advances" dergisinde yayınlanan bir çalışmada, bilim adamları bunun erimek Çok olası Farklı yönlerdeki kristallerin buluştuğu arayüzden kaynaklanmıştır (Tane sınırı kusurları olarak adlandırılır) ve sonra daha küçük kristal bölgelere (tanelere) yayılır, başka bir deyişle, Kristalin geri kalanı erimeye başlamadan önce tane sınırı erimeye başlar .
Brookhaven Ulusal Laboratuvarı (DOE) Yoğun Madde Fiziği ve Malzeme Bilimi (CMPMS) Departmanında X-ışını saçılma grubu başkanı ve çalışmanın ortak yazarı Ian Robinson (Ian Robinson), bilim adamları buna inanıyor: Polikristalin malzemelerin erimesi tercihen yüzeyde ve arayüzde meydana gelir , Ancak XFEL'den önce eritme sürecinin zaman içindeki evrimi belirsizdir.
Hepimizin bildiği gibi, lazerler "sıcak" (yüksek enerjili) elektronları Kristale enerji aktarıldığında Erimeye neden olur. Bu enerji transfer süreci Tercihen tane sınırlarında oluşur Yani şimdiye kadar eşitsiz görüş ileri sürülmedi. Robinson ekibinde doktora sonrası araştırmacı ve ilk yazar olan Tadesse Assefa şunları söyledi:
Lazer kaynaklı eritme Mekanizma, havacılık, otomotiv ve diğer endüstrilerde kullanılan hassas parçaların mikro işlenmesi için çok önemlidir. Lazer ve malzeme nasıl birleştirilir , Lazer darbesinin süresine göre değişir. Örneğin, femtosaniye lazerlerin ultra kısa darbeleri, uzun nanosaniye lazer darbelerinden çok delme gibi temiz kesim için daha uygun görünmektedir.
Deneyde, bilim adamları ilk olarak Brookhaven Fonksiyonel Nanomalzemeler Merkezi'nde (CFN) farklı kalınlıklarda (50, 100 ve 300 nanometre) filmler ürettiler. CFN nano üretim ekipmanında gerçekleştirilen Elektron ışını buharlaşması Bu, istenen malzemeyi substrat üzerinde yoğunlaştırmak için elektronları kullanan bir biriktirme tekniğidir.
Tesisin ultra temiz ortamı, araştırmacıların geniş bir numune alanında aynı kalınlıkta altın filmler üretmesine olanak tanır. PAL-XFEL, bu filmleri belirli bir lazer gücü aralığında gerçekleştirmiştir Zamanla çözümlenmiş X-ışını kırınımı . Brookhaven Labs'deki Hesaplamalı Bilim Programı personeli tarafından geliştirilen yazılım, dedektör kırınım deseni görüntülerini topladığında üretilir. Terabayt verileri Yüksek verimli bir analiz gerçekleştirildi.
Araştırma ekibi daha sonra bu görüntüleri doğrusal grafiklere dönüştürmek için Columbia Engineering'deki bilim adamları tarafından geliştirilen yazılımı kullandı. Grafik, bir "Sıcak" alanı eriyor (Orta tepe) ve a Nispeten "soğuk" alan (Kristalin geri kalanı), erime ısısını almadı, Elektronik bağlantı sayesinde ısı, tane sınırına girer ve ardından tahıla iletir . Bu ısı enerjisinin soğurulması, Erimiş malzeme bölgesi İki hareketli eriyik cephesi arasına sıkıştırılmıştır. Zamanla bu bant büyüyecek.
Bir erime cephesi katı ve erime bölgesi arasında ve diğeri erime ve sıvı bölgesi arasında yer alır. Bir sonraki adımda, araştırma ekibi eritme sürecinin sonuna gelebilmeleri için tahılların boyutunu azaltarak (ve böylece tane sınırlarının sayısını artırarak) çift taraflı modelleri doğrulamayı planlıyor.
Çünkü erimek Nispeten yavaş Kristal parçacıklardan geçen hız (saniyede 30 metre) Bu nedenle, büyük parçacıkları geçmek için gereken süre, aletin zamanlama aralığından (500 pikosaniye) daha uzundur. Aynı zamanda, araştırmacılar diğer metallere, alaşımlara (birkaç metal karışımı veya bir metal ve diğer elementlerin bir karışımı) ve tanecik sınırlarının kimyasal reaksiyonlara katıldığı katalizle ilgili malzemelere de bakmak istiyorlar.
Brocade | Araştırma / Gönderen: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı
Referans dergisi "Science Progress"
DOI: 10.1126 / sciadv.aax2445
Brocade Park Bilim, Teknoloji, Bilimsel Araştırma, Popüler Bilim
Takip edin Bokeyuan Daha fazlasını görün Damei Universe Science
