MIT හි Schuh සමූහයේ සංවර්ධනය වෙමින් පවතින නව ටංස්ටන් මිශ්‍ර ලෝහ සන්නාහ විදින ප්‍රක්ෂේපණවල ක්ෂය වූ යුරේනියම් ප්‍රතිස්ථාපනය කළ හැකිය. සිව්වන වසරේ ද්‍රව්‍ය විද්‍යාව සහ ඉංජිනේරු උපාධිධාරී ශිෂ්‍ය Zachary C. Cordero ව්‍යුහාත්මක මිලිටරි යෙදුම්වල ක්ෂය වූ යුරේනියම් ප්‍රතිස්ථාපනය කිරීම සඳහා අඩු විෂ සහිත, අධි-ශක්ති, අධි-ඝනත්ව ද්‍රව්‍ය මත වැඩ කරයි. ක්ෂය වූ යුරේනියම් සොල්දාදුවන්ට සහ සිවිල් වැසියන්ට විය හැකි සෞඛ්‍ය අනතුරක් මතු කරයි. “එය ප්‍රතිස්ථාපනය කිරීමට උත්සාහ කිරීමේ අභිප්‍රේරණය එයයි,” කෝඩෙරෝ පවසයි.

සාමාන්‍ය ටංස්ටන් හතු පිපෙන හෝ බලපෑම මත මොට වීම, හැකි නරකම කාර්ය සාධනයයි. එබැවින් අභියෝගය වන්නේ ක්ෂය වූ යුරේනියම් වල ක්‍රියාකාරීත්වයට ගැලපෙන මිශ්‍ර ලෝහයක් නිපදවීමයි, එය ද්‍රව්‍ය කපා හැරීමත් සමඟ ස්වයං-මුවහත් වන අතර විනිවිදක-ඉලක්ක අතුරුමුහුණතෙහි තියුණු නාසයක් පවත්වා ගනී. “ටංස්ටන් තනිකරම ශක්තිමත් සහ දැඩි ය. එය සෑදීම සඳහා අපි වෙනත් මිශ්‍ර ලෝහ මූලද්‍රව්‍ය දමමු, එවිට අපට එය මෙම තොග වස්තුවට ඒකාබද්ධ කළ හැකිය, ”කෝඩෙරෝ පවසයි.

ක්‍රෝමියම් සහ යකඩ සහිත ටංස්ටන් මිශ්‍ර ලෝහයක් (W-7Cr-9Fe) වාණිජ ටංස්ටන් මිශ්‍ර ලෝහවලට වඩා සැලකිය යුතු ලෙස ශක්තිමත් බව Cordero ජ්‍යෙෂ්ඨ කතුවරයා සහ ද්‍රව්‍ය විද්‍යා හා ඉංජිනේරු දෙපාර්තමේන්තුවේ ප්‍රධානී Christopher A. Schuh සහ සඟරාවේ සඟරාවක Metallurgical and Materials සමඟ ලිපියක වාර්තා කළේය. ගණුදෙණු A. ලෝහ කුඩු සංයුක්ත කිරීම මගින් වැඩි දියුණුවක් ලබා ගන්නා ලදී ක්ෂේත්‍ර ආධාරක සින්ටර් කිරීමේ උණුසුම් මුද්‍රණ යන්ත්‍රය, සියුම් ධාන්ය ව්‍යුහය සහ ඉහළම දෘඪතාව මගින් මනිනු ලබන හොඳම ප්‍රතිඵලය, සෙල්සියස් අංශක 1,200කදී මිනිත්තු 1ක සැකසුම් කාලයකදී ලබා ගන්නා ලදී. දිගු සැකසුම් කාලය සහ ඉහළ උෂ්ණත්වයන් ගොරෝසු ධාන්ය සහ දුර්වල යාන්ත්රික ක්රියාකාරිත්වයට හේතු විය. සම-කර්තෘවරුන් අතර MIT ඉංජිනේරු සහ ද්‍රව්‍ය විද්‍යා උපාධිධාරී ශිෂ්‍ය Mansoo Park, Oak Ridge පශ්චාත් ආචාර්ය උපාධිධාරී Emily L. Huskins, Boise State සහකාර මහාචාර්ය Megan Frary සහ උපාධි ශිෂ්‍ය Steven Livers, සහ හමුදා පර්යේෂණ රසායනාගාර යාන්ත්‍රික ඉංජිනේරු සහ කණ්ඩායම් නායක Brian E. Schuster ඇතුළත් විය. ටංස්ටන්-ක්‍රෝමියම්-යකඩ මිශ්‍ර ලෝහයේ උප පරිමාණ බැලිස්ටික් පරීක්ෂණ ද සිදු කර ඇත.

"ඔබට නැනෝ ව්‍යුහගත හෝ අස්ඵටික තොග ටංස්ටන් (මිශ්‍ර ලෝහ) සෑදිය හැකි නම්, එය සැබවින්ම පරමාදර්ශී බැලස්ටික් ද්‍රව්‍යයක් විය යුතුය," කෝඩෙරෝ පවසයි. Bridgewater, NJ හි උපන් Cordero, 2012 හි ගුවන් හමුදා විද්‍යාත්මක පර්යේෂණ කාර්යාලය හරහා ජාතික ආරක්ෂක විද්‍යා සහ ඉංජිනේරු (NDSEG) සාමාජිකත්වය ලබා ගත්තේය. ඔහුගේ පර්යේෂණ සඳහා අරමුදල් සපයනු ලබන්නේ එක්සත් ජනපද ආරක්ෂක තර්ජන අඩු කිරීමේ ඒජන්සිය විසිනි.

අල්ට්රාෆයින් ධාන්ය ව්යුහය

“මම මගේ ද්‍රව්‍ය සාදන ආකාරය කුඩු සැකසීමයි, එහිදී අපි මුලින්ම නැනෝ ස්ඵටිකරූපී කුඩු සාදන අතර පසුව අපි එය තොග වස්තුවක් බවට ඒකාබද්ධ කරමු. නමුත් අභියෝගය නම්, ඒකාග්‍ර කිරීම සඳහා ද්‍රව්‍ය ඉහළ උෂ්ණත්වයකට නිරාවරණය කිරීම අවශ්‍ය වීමයි, ”කෝඩෙරෝ පවසයි. මිශ්‍ර ලෝහ ඉහළ උෂ්ණත්වයකට රත් කිරීමෙන් ලෝහය තුළ ඇති ධාන්ය හෝ තනි ස්ඵටිකරූපී වසම් විශාල වීමට හේතු විය හැකි අතර එමඟින් ඒවා දුර්වල වේ. ඉලෙක්ට්‍රෝන මයික්‍රොග්‍රැෆ් මගින් තහවුරු කරන ලද W-7Cr-9Fe සංයුක්තයේ නැනෝමීටර 130ක පමණ අල්ට්‍රාෆයින් ධාන්‍ය ව්‍යුහයක් ලබා ගැනීමට Cordero සමත් විය. “මෙම කුඩු සැකසුම් මාර්ගය භාවිතා කර, අපට විෂ්කම්භය සෙන්ටිමීටර 2 ක් දක්වා විශාල සාම්පල සෑදිය හැකිය, නැතහොත් 4 GPa (gigapascals) ගතික සම්පීඩ්‍යතා ශක්තියෙන් අපට විශාල විය හැකිය. පරිමාණය කළ හැකි ක්‍රියාවලියක් භාවිතයෙන් අපට මෙම ද්‍රව්‍ය සෑදිය හැකි බව සමහර විට වඩාත් ආකර්ෂණීය විය හැකිය, ”කෝඩෙරෝ පවසයි.

“අපි කණ්ඩායමක් ලෙස කරන්න උත්සාහ කරන්නේ හොඳ නැනෝ ව්‍යුහයන් සමඟ තොග දේවල් සෑදීමයි. අපට එයට අවශ්‍ය වීමට හේතුව නම්, මෙම ද්‍රව්‍ය බොහෝ යෙදුම්වල විභව භාවිතා කළ හැකි ඉතා රසවත් ගුණාංග ඇති බැවිනි, ”කෝඩෙරෝ එකතු කරයි.

සොබාදහමේ දක්නට නොලැබේ

කෝඩෙරෝ විසින් Acta Materialia සඟරාවක නැනෝ පරිමාණ ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහයන් සහිත ලෝහ මිශ්‍ර ලෝහ කුඩු වල ප්‍රබලතාවය ද පරීක්ෂා කරන ලදී. ජ්‍යෙෂ්ඨ කතුවරයා වන Schuh සමඟ Cordero, සමාන ආරම්භක ශක්තීන් සහිත ටංස්ටන් සහ ක්‍රෝමියම් වැනි ලෝහවල මිශ්‍ර ලෝහ සමජාතීය වීමට සහ ශක්තිමත් අවසන් නිෂ්පාදනයක් නිපදවීමට නැඹුරු වන බව පෙන්වීමට පරිගණක අනුහුරුකරණ සහ රසායනාගාර පරීක්ෂණ යන දෙකම භාවිතා කරන ලදී, නමුත් විශාල ආරම්භක ශක්තියක් සහිත ලෝහවල සංයෝජන එවැනි නොගැලපේ. ටංස්ටන් සහ සර්කෝනියම් එක් අදියරකට වඩා පවතින දුර්වල මිශ්‍ර ලෝහයක් නිපදවීමට නැඹුරු විය.

“අධි ශක්ති බෝල ඇඹරීමේ ක්‍රියාවලිය, එහි ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහය අමුතු සමතුලිත නොවන තත්ත්වයකට ගෙනයාම සඳහා ඔබ ද්‍රව්‍යවලින් විකෘති කරන ක්‍රියාවලීන් විශාල පවුලක එක් උදාහරණයකි. පිටතට එන ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහය අනාවැකි කීමට හොඳ රාමුවක් නොමැත, එබැවින් බොහෝ විට මෙය අත්හදා බැලීම් සහ දෝෂයකි. අපි උත්සාහ කළේ සමතුලිත නොවන අවධියක එක් උදාහරණයක් වන පරිවෘත්තීය ඝන ද්‍රාවණයක් සාදන මිශ්‍ර ලෝහ සැලසුම් කිරීමෙන් අනුභූතිවාදය ඉවත් කිරීමටයි, ”කෝඩෙරෝ පැහැදිලි කරයි.

"ඔබ මෙම සමතුලිත නොවන අවධීන් නිපදවයි, ඔබ අවට ලෝකයේ සාමාන්‍යයෙන් නොදකින දේවල්, ස්වභාවධර්මයේ, මෙම අතිශයින්ම විරූපණ ක්‍රියාවලීන් භාවිතා කරමින්," ඔහු පවසයි. අධි ශක්ති බෝල ඇඹරීමේ ක්‍රියාවලියට මිශ්‍ර ලෝහ කුඩු නැවත නැවත කැපීම ඇතුළත් වේ. . "එබැවින් මෙම ක්රියාවලීන් දෙක අතර මෙම තරඟය පවතී," Cordero පැහැදිලි කරයි. ඔහුගේ පත්‍රිකාව ඝන ද්‍රාවණයක් සාදනු ලබන මිශ්‍ර ලෝහයක රසායන විද්‍යාව පුරෝකථනය කිරීම සඳහා සරල ආකෘතියක් යෝජනා කළ අතර එය අත්හදා බැලීම් මගින් තහවුරු කරන ලදී. "ඇඹරන ලද කුඩු යනු මිනිසුන් දැක ඇති අමාරුම ලෝහ කිහිපයකි" යනුවෙන් කෝඩෙරෝ පවසයි, පරීක්ෂණවලින් පෙන්නුම් කළේ ටංස්ටන්-ක්‍රෝමියම් මිශ්‍ර ලෝහයේ නැනෝ ඉන්ඩෙන්ටේෂන් දෘඪතාව 21 GPa බවයි. එමඟින් ඒවා නැනෝ ස්ඵටික යකඩ මත පදනම් වූ මිශ්‍ර ලෝහවල හෝ රළු-කැට සහිත ටංස්ටන්වල ​​නැනෝ ඉන්ඩෙන්ටේෂන් දෘඪතාව මෙන් දෙගුණයක් පමණ වේ.

ලෝහ විද්‍යාවට නම්‍යශීලී බවක් අවශ්‍ය වේ

ඔහු අධ්‍යයනය කරන ලද අල්ට්‍රාෆයින් ධාන්‍ය ටංස්ටන්-ක්‍රෝමියම්-යකඩ මිශ්‍ර ලෝහ සංයුක්තවල, මිශ්‍ර ලෝහ ඉහළ ශක්ති බෝල ඇඹරීමේදී වානේ ඇඹරුම් මාධ්‍ය සහ කුප්පිය උල්ෙල්ඛයෙන් යකඩ ලබා ගත්තේය. "නමුත් එය හොඳ දෙයක් විය හැකි බව පෙනේ, මන්ද එය අඩු උෂ්ණත්වවලදී ඝනත්වය වේගවත් කරන බව පෙනේ, එමඟින් ක්ෂුද්‍ර ව්‍යුහයේ නරක වෙනස්කම් වලට තුඩු දිය හැකි ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී ඔබට ගත කිරීමට සිදුවන කාලය අඩු කරයි" කෝඩෙරෝ පැහැදිලි කරයි. "විශාල දෙය නම් නම්‍යශීලී වීම සහ ලෝහ විද්‍යාවේ අවස්ථා හඳුනා ගැනීමයි."

Cordero 2010 හි MIT වෙතින් භෞතික විද්‍යාව පිළිබඳ උපාධියක් ලබා ඇති අතර ලෝරන්ස් බර්ක්ලි ජාතික විද්‍යාගාරයේ වසරක් සේවය කළේය. එහිදී, දෙවන ලෝක සංග්‍රාමයේදී මෑන්හැටන් ව්‍යාපෘතිය සඳහා ප්ලූටෝනියම් රඳවා තබා ගැනීම සඳහා විශේෂ කෲබල් සෑදූ ලෝහ විද්‍යාඥයින්ගේ පෙර පරම්පරාවෙන් ඉගෙන ගත් ඉංජිනේරු කාර්ය මණ්ඩලයෙන් ඔහු ආභාෂය ලැබීය. “ඔවුන් වැඩ කරමින් සිටින ආකාරයේ දේවල් ඇසීමෙන් මා ඉතා උද්යෝගිමත් වූ අතර ලෝහ සැකසීමට උනන්දු විය. එය ඉතා විනෝදජනකයි, ”කෝඩෙරෝ පවසයි. අනෙකුත් ද්‍රව්‍ය විද්‍යා උප විෂයයන්හිදී, ඔහු පවසන්නේ, “ඔබට සෙල්සියස් අංශක 1,000 දී උදුනක් විවෘත කර රත්පැහැ ගැන්වෙන යමක් දකින්නට නොලැබේ. ඔබට තාප පිරියම් කිරීමට ලැබෙන්නේ නැත. ” ඔහු 2015 දී සිය ආචාර්ය උපාධිය අවසන් කිරීමට අපේක්ෂා කරයි.

ඔහුගේ වර්තමාන කාර්යය ව්‍යුහාත්මක යෙදුම් කෙරෙහි අවධානය යොමු කර ඇතත්, ඔහු කරන ආකාරයේ කුඩු සැකසුම් චුම්බක ද්‍රව්‍ය සෑදීමට ද යොදා ගනී. "බොහෝ තොරතුරු සහ දැනුම වෙනත් දේවල් සඳහා යෙදිය හැකිය," ඔහු පවසයි. "මෙය සාම්ප්‍රදායික ව්‍යුහාත්මක ලෝහ විද්‍යාව වුවද, ඔබට මෙම පැරණි පාසල් ලෝහ විද්‍යාව නව පාසල් ද්‍රව්‍ය සඳහා යෙදිය හැකිය."