รูปแบบนาโนที่ได้รับคำสั่งสูงจะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติของโลหะผสมเมื่อโลหะแข็งตัว กระบวนการนี้ ซึ่งแตกต่างจากที่เกิดขึ้นในกลุ่มวัสดุอย่างมาก อาจทำให้สามารถสร้างลวดลายตามสั่งบนโครงสร้างโลหะ และสร้างอุปกรณ์ด้วยการใช้งานในด้านอิเล็กทรอนิกส์และออปโตอิเล็กทรอนิกส์ ลวดลายมีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติ เช่น จุดเสือดาวและลายทางม้าลาย เช่นเดียวกับในระบบที่มนุษย์สร้างขึ้น
ภายในโลหะผสมของโลหะ ชั้นขนาดไมครอนและโครงสร้าง
คล้ายแท่งเกิดขึ้นเมื่อวัสดุออกจากเฟสของเหลวและแข็งตัวเป็นผลึก ปรากฏการณ์นี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นผ่านกระบวนการ metastable ที่เรียกว่ารูปแบบนิวเคลียสและการเติบโต กระบวนการทั้งสองได้รับการศึกษาในกลุ่มโลหะผสมมานานแล้ว แต่ก่อนหน้านี้นักวิจัยได้ให้ความสนใจน้อยลงกับบทบาทของพวกเขาในการสร้างลวดลายบนพื้นผิวของโลหะผสม
เฟสชนกลุ่มน้อยที่ร่ำรวยขึ้นนักวิจัยนำโดยKourosh Kalantar-Zadehจากมหาวิทยาลัยนิวเซาธ์เวลส์ (UNSW) ในซิดนีย์ประเทศออสเตรเลีย ใช้อินฟราเรดระดับนาโน (nanoIR) และสเปคโทรสรามันที่ปรับปรุงพื้นผิวเพื่อสังเกตรูปแบบนาโนที่หลากหลายซึ่งก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของโลหะผสมที่มีแกลเลียมที่แข็งตัว ที่มีบิสมัทเศษส่วนเล็กน้อย (Bi 0.0022 Ga 0.9978 , EBiGa) รูปแบบถูกครอบงำโดยเฟสบิสมัทของชนกลุ่มน้อยและรวมถึงแถบสลับ, เส้นใยโค้ง, ดอทอาร์เรย์และแม้แต่ลูกผสมลายจุด
นักวิจัยสังเกตเห็นด้านหน้าของของแข็งที่อุดมด้วยบิสมัทซึ่งแพร่กระจายไปตามพื้นผิวของวัสดุ ทำให้เกิดรูปแบบที่แยกเฟสออกจากกัน นิวเคลียสของเฟสบิสมัทนี้จะกระตุ้นการเติบโตของเฟสต่อไปตามพื้นผิว ซึ่งเป็นกระบวนการเร่งปฏิกิริยาที่พื้นผิวค่อนข้างแตกต่างจากการแข็งตัวเป็นกลุ่มแบบทั่วไป
เพื่อทำความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการเหล่านี้
Kalantar-Zadeh และเพื่อนร่วมงานจึงหันไปหาผู้ทำงานร่วมกันที่MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology ในนิวซีแลนด์และRMIT ในออสเตรเลีย ผู้ทำงานร่วมกันเหล่านี้ใช้การจำลองแบบไดนามิกของโมเลกุลเพื่อให้เข้าใจผลการทดลองของกลุ่ม UNSW ได้ดีขึ้น การคำนวณของพวกเขาเปิดเผยว่าอะตอมของบิสมัทดูเหมือนจะเคลื่อนที่แบบสุ่มในทะเล (หรือตัวทำละลาย) ของอะตอมแกลเลียมที่สะสมอยู่ที่พื้นผิวของโลหะผสมซึ่งเป็นสิ่งที่โลหะวิทยาคลาสสิกไม่สามารถทำนายได้
“การค้นพบที่น่าตื่นเต้น”
“ปรากฏการณ์การแข็งตัวของพื้นผิวที่ถูกมองข้ามไปก่อนหน้านี้ช่วยเพิ่มความเข้าใจพื้นฐานของเราเกี่ยวกับโลหะผสมเหลวและกระบวนการเปลี่ยนเฟสที่พวกเขาได้รับ” Kalantar-Zadeh อธิบาย “กระบวนการพื้นผิวที่เป็นอิสระที่เราสังเกตเห็นสามารถใช้เป็นเครื่องมือสร้างรูปแบบสำหรับการออกแบบโครงสร้างโลหะและการสร้างอุปกรณ์สำหรับการใช้งานขั้นสูงในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเลนส์ในอนาคต”
ผู้เขียนนำการศึกษาJianbo Tangกล่าวเสริมว่าการเสริมพื้นผิวของเฟสชนกลุ่มน้อยเป็น “การค้นพบที่น่าตื่นเต้น” สำหรับความพยายามในการพัฒนาโครงสร้างโลหะที่มีวัสดุหายากหรือมีราคาแพงสำหรับการใช้งานบนพื้นผิว “ด้วยความหลากหลายของชนิดโลหะและการผสมผสานที่มากมายของพวกมัน ผลการแข็งตัวของพื้นผิวอาจนำไปสู่วิศวกรรมนาโนที่ประหยัดพลังงานของโครงสร้างพื้นผิวของโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูง (ดังที่แสดงด้วยเงินและทอง) โดยการรวมเข้าด้วยกันในห้อง- อุณหภูมิหรือตัวทำละลายโลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ (เช่น แกลเลียม อินเดียม ดีบุก บิสมัท และโลหะผสมของพวกมัน)” นักวิจัยเขียนไว้ในNature Nanotechnology
วัสดุใหม่สามารถนำมาใช้ทำหุ่นยนต์โลหะเหลวได้
นักวิจัยยังชี้ให้เห็นว่าอะตอมของชนกลุ่มน้อยสามารถครอบคลุมพื้นผิวขนาดใหญ่ได้ นี่อาจเป็นข้อได้เปรียบสำหรับการใช้งานที่ต้องการอะตอมดังกล่าวเพื่อให้สามารถเข้าถึงได้บนพื้นผิวของโครงสร้างที่ประดิษฐ์ขึ้น แต่ก็อาจเป็นข้อเสียได้เช่นกันหากต้องการโลหะผสมที่มีความบริสุทธิ์สูง นักวิจัยจึงแนะนำว่าควรพิจารณาความสามารถในการสร้างรูปแบบนี้อย่างรอบคอบในกระบวนการผลิตขั้นสูง
ขณะนี้นักวิจัยวางแผนที่จะดำเนินการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับโลหะเหลว โดยเชื่อว่าฟิสิกส์และเคมีที่เป็นพื้นฐานของวัสดุเหล่านี้ ซึ่งส่วนใหญ่ยังไม่ได้สำรวจ อาจมีการใช้งานในอนาคตที่ “น่าสนใจ” “โลหะในรูปของเหลวถือได้ว่าเป็นตัวทำละลายที่แปลกใหม่” Kalantar-Zadeh กล่าวกับPhysics World “ดังนั้นจึงสามารถใช้เป็นสื่อปฏิกิริยาในการผลิตวัสดุเกรดอุตสาหกรรมและเพื่อแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยพลังงานเพียงเล็กน้อย พวกเขายังสามารถใช้เป็นส่วนประกอบของตัวประมวลผลข้อมูลอัจฉริยะ เซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์ และสำหรับการพัฒนาองค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์และออปติคัลแบบอ่อนขั้นสูง”
ทีมงานได้แสดงให้เห็นแล้วว่า DROP-IN ทำงานได้ดีสำหรับการผ่าต่อมน้ำเหลืองโดยใช้คลื่นวิทยุช่วยหุ่นยนต์ในการผ่าตัดมะเร็งต่อมลูกหมาก ตามที่อธิบายไว้ในEuropean Urology “หลังจากการศึกษาพิสูจน์แนวคิดที่ประสบความสำเร็จ ขณะนี้เรากำลังขยายการทดลองในมนุษย์เพื่อประเมินการผ่าตัดหุ่นยนต์ที่กำหนดเป้าหมาย PSMA” Van Oosterom กล่าวกับPhysics World “ผลการวิจัยในปัจจุบันชี้ให้เห็นว่าการตั้งค่าโพรบแกมมา DROP-IN แบบออปติคัลของเราจะให้คุณค่าเพิ่มเติมในการศึกษาในมนุษย์เหล่านี้”
อายุการใช้งานของการสลายตัวที่เกี่ยวข้องกับการปล่อยอิเล็กตรอนของ Auger จากอะตอมได้รับการวัดเป็นความแม่นยำระดับ sub-femtosecond โดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า self-reference attosecond streaking Daniel Haynesจากสถาบัน Max Planck สำหรับโครงสร้างและพลวัตของสสารในฮัมบูร์กและทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติเป็นคนแรกที่ทำการวัดดังกล่าวโดยใช้เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ X-ray (XFEL) พวกเขาพบว่าอายุการสลายของ Auger นั้นยาวนานกว่าที่คาดการณ์ไว้โดยการประมาณกึ่งคลาสสิกอย่างมาก แต่สอดคล้องกับการคำนวณแบบควอนตัมทั้งหมด ทีมงานกล่าวว่าเทคนิคใหม่ของพวกเขาจะถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาการพัวพันควอนตัมของอิเล็กตรอนในโมเลกุลในไม่ช้า
นับตั้งแต่มีการประดิษฐ์ขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 2000 การสตรีคแบบ attosecond ได้ทำให้ไดนามิกของอะตอมและโมเลกุลสว่างขึ้นในช่วงเวลาสั้น ๆ อย่างคาดไม่ถึง ในสเปกโตรสโคปีแบบ attosecond streaking แบบธรรมดา ชีพจรเลเซอร์เริ่มต้นกระตุ้นไอออไนเซชันของอะตอมหรือโมเลกุลก่อนที่สนามไฟฟ้าที่สั่นของพัลส์เลเซอร์ความยาวคลื่นที่สองที่ยาวกว่าจะปรับพลังงานของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมา อิเล็กตรอนบางตัวจะได้รับพลังงานเพิ่มขึ้นจากการมอดูเลต ขณะที่บางอิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงาน streaking นี้ถูกวัดและสามารถใช้เพื่อหาคุณสมบัติของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมา
Credit : sagebrushcantinaculvercity.com saltysrealm.com sandersonemployment.com sangbackyeo.com sciencefaircenterwater.com
