Keşfedilmemiş bir kristal dünya inşa etmek için "yapı taşları" nasıl kullanılır?
Günlük hayatta, metal malzemeler genellikle iyi termal ve elektriksel iletkenliğe sahiptir ve oda sıcaklığında bükülmesi, kesilmesi, darbeye dayanıklılığı ve işlenmesi kolaydır; seramik malzemeler genellikle yüksek sertliğe, yüksek elastik modülüne, deformasyon direncine sahiptir. Yüksek sıcaklık direnci ve mükemmel oksidasyon direnci ve korozyon direncine sahiptir. Peki, dünyada ısıyı iletebilen ve ısı iletebilen, aynı zamanda yüksek mukavemet ve yüksek sıcaklık direncine sahip herhangi bir malzeme var mı?
Sahip olmak! "MAX fazı" adı verilen seramik malzeme aynı zamanda metal ve seramiğin benzersiz özelliklerine sahiptir.Havacılıkta yüksek sıcaklıkta yağlama malzemeleri, nükleer santrallerde kaza toleransı ve yüksek güvenlik malzemeleri, yüksek sıcaklıkta elektrik temas malzemeleri gibi alanlarda kullanılmaktadır. Yaygın olarak kullanılmıştır.
Çin Yeni Yılı yakında geliyor ve birçok kişi yeniden birleşme yılı için eve yüksek hızlı tren veya şehir treniyle gitmeyi seçecek.Bu modern ulaşım sistemlerinde, pantograf kaykay, lokomotif ile şebeke arasındaki elektriğin iletimi için anahtar malzemedir. Araştırmalar, yüksek iletkenliğe ve aşınma direncine sahip Ti3SiC2'nin (bir MAX faz malzemesi) büyük akım iletimi, aşınma ve ark parlaması ablasyonu sorunlarını çözebileceğini, bu da yüksek hızlı demiryolunu ve şehir demiryolunu daha güvenli ve daha güvenilir hale getirdiğini buldu.
Şekil 1 MAX faz malzemesi, yüksek hızlı demiryolu pantograf sisteminde pantograf kaykay olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Dikkat
M öğesi + A öğesi + X öğesi = MAX faz malzemesi
Peki, MAX faz malzemesi nedir? MAX faz malzemesinin kimyasal formülü, Mn + 1AXn (n = 1, 2 veya 3) olarak ifade edilir, burada M bölgesi elementi kimyasal periyodik tablonun turuncu kısmından seçilir (Şekil 2); A bölgesi elementi kimyasal periyodik tablonun mavi kısmından seçilir. Renk bölümünden seçim yapın; X konumu elemanı, kimyasal periyodik tablonun yeşil bölümünden seçilir; n genellikle 1 ~ 3 değerini alır.
Şu anda, dünyada 80'den fazla çeşit üçlü MAX faz malzemesi keşfedildi ve bunların çoğu 1960'larda Avusturyalı bilim adamları tarafından sentezlendi. Bilim adamları bu MAX aşamalarını nasıl sentezledi?
Çok basit, sadece "bloklar oluşturun". Periyodik tablodan M, A ve X'ten üç "element yapı taşı" seçin ve ardından MAX fazlı kristal yapıyı birleştirmek için bunları "M-X-M-A-M-X-M-A" sırasına göre tekrar tekrar istifleyin (Şekil 3).
Şekil 2 MAX fazı "Lego" tarafından gerekli görülen "yapı taşları" elementinin periyodik tablodaki dağılımı (Journal of Inorganic Materials. 2020, 35 (1), 1-7)
Şekil 3 Bilim adamları, Lego blokları oluşturarak yeni MAX faz malzemeleri oluşturur
"Li Daitao sertliği" imkansız hale getiriyor
Bununla birlikte, daha önce MAX aşamasına başarıyla yerleştirilmemiş olan Cu ve Zn gibi tüm element yapı taşları MAX fazı kristal yapısına başarıyla yerleştirilemez. Ancak bu bilim adamlarımıza sıkıntı vermez. Birkaç gün önce, Ningbo Malzeme Teknolojisi ve Mühendisliği Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi İleri Enerji Malzeme Mühendisliği Laboratuvarı, bu sorunu çözmek için akıllıca bir yol buldu.
Araştırmacılar önce "M-X-M-A-M-X-M-A" sırasıyla bir Mn + 1AXn oluşturmak için uygun eleman yapı taşlarını seçerler. Daha sonra, Cu ve Zn'nin iki element yapı taşı, dikkatlice A elementi yapı taşları ile değiştirildi, böylece yepyeni Mn + 1CuXn ve Mn + 1ZnXn kristal malzemeler elde edildi.
Manyetik bir MAX fazı "bina" oluşturmak için gruplar halinde oluşturun
Bilim adamları ayrıca MAX fazlı malzemelerin benzersiz nano katmanlı yapıya ve değiştirilebilir özelliklere sahip olduğunu buldular.A bölgesi monoatomik katmana manyetik eleman yapı taşları (Mn, Fe, Co, Ni, vb.) Koymak bunu başarabilir. Atomik spintronik cihazların uygulamaları.
Bununla birlikte, önceki çalışmalar genel olarak Fe, Co, Ni ve Mn elementlerinin sadece MAX fazlı malzemenin M pozisyonuna yerleştirilebileceğine inanıyordu, A pozisyonuna yerleştirilirlerse MAX fazı Lego çökecek.Bu bilim adamlarının "yapı taşları" aslında budur. Zor problem. Nasıl yapılır? Birçok kez denedikten sonra, bilim adamları gruplar halinde inşa etmenin bireysel olarak inşa etmekten çok daha kolay olduğunu keşfettiler.
Bu nedenle bilim adamları, böyle bir Lego yöntemi ile manyetik eleman yapı taşlarını (Fe / Co / Ni / Mn) ve Sn'nin element yapı taşlarını MXMAMXMA (Şekil 4, şematik bir diyagramdır) düzeninde istiflemeyi başardılar. Bir dizi V2 (AxSn1-x) C (A = FeCo, FeNi, FeMn, CoNi, CoMn, NiMn, FeCoNi, FeCoMn, FeNiMn, CoNiMn veya FeCoNiMn) manyetik MAX faz malzemeleri hazırlandı. Bir LEGO MAX aşaması oluşturmak için aynı zamanda farklı boyut, şekil ve renkteki "eleman yapı taşlarını" eşleştirmeniz gerektiği ortaya çıktı.
Şekil 4 Dört manyetik eleman bloğu aynı anda LEGO MAX aşamasına yerleştirilir
Manyetik tek atomlu katman yapısının gerçekleştirilmesi, MAX fazlı malzemelerin oluşturulmasında yeni bir araştırma yönüdür. Bu keşif, nano manyetik materyallerin ve spintronik cihazların geliştirilmesine yeni bir bakış açısı sağlayacak ve ayrıca manyetik algılama, manyetik depolama ve manyetoelektroniğin gelişimini teşvik etmesi bekleniyor.
Hayatlarımız büyük veri çağına girdi. Veri depolama ve hesaplamalar, kayıt materyallerini değiştirmekten ayrılamaz ve spintronics tabanlı manyetik kayıt, daha hızlı ve daha yüksek yoğunluklu hesaplama depolaması sağlayabilir. Görünüşe göre Lego MAX'ı inşa etmek için "eleman yapı taşları" kullanmanın yapacak çok işi var!
kaynak: Ningbo Malzeme Teknolojisi ve Mühendisliği Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
