MIT میں Schuh گروپ میں نئے ٹنگسٹن مرکبات تیار کیے جا رہے ہیں جو ممکنہ طور پر بکتر چھیدنے والے پروجیکٹائل میں ختم شدہ یورینیم کی جگہ لے سکتے ہیں۔ چوتھے سال کے میٹریل سائنس اور انجینئرنگ کے گریجویٹ طالب علم Zachary C. Cordero ساختی ملٹری ایپلی کیشنز میں ختم شدہ یورینیم کو تبدیل کرنے کے لیے کم زہریلے، زیادہ طاقت والے، زیادہ کثافت والے مواد پر کام کر رہے ہیں۔ یورینیم کی کمی فوجیوں اور شہریوں کے لیے ممکنہ صحت کے لیے خطرہ ہے۔ کورڈیرو کا کہنا ہے کہ "یہ اسے تبدیل کرنے کی کوشش کرنے کا محرک ہے۔

عام ٹنگسٹن اثر پر مشروم یا کند ہو جائے گا، بدترین ممکنہ کارکردگی۔ لہذا چیلنج یہ ہے کہ ایک ایسا مرکب تیار کیا جائے جو ختم شدہ یورینیم کی کارکردگی سے مماثل ہو، جو خود کو تیز کرتا ہے کیونکہ یہ مواد کو کاٹتا ہے اور پینیٹریٹر ٹارگٹ انٹرفیس پر تیز ناک کو برقرار رکھتا ہے۔ ٹنگسٹن بذات خود غیر معمولی مضبوط اور سخت ہے۔ ہم اسے بنانے کے لیے دیگر مرکب عناصر ڈالتے ہیں تاکہ ہم اسے اس بڑی چیز میں مضبوط کر سکیں،‘‘ کورڈیرو کہتے ہیں۔

کرومیم اور آئرن (W-7Cr-9Fe) کے ساتھ ایک ٹنگسٹن الائے کمرشل ٹنگسٹن ملاوٹ کے مقابلے میں نمایاں طور پر مضبوط تھا، کورڈیرو نے ایک مقالے میں سینئر مصنف اور محکمہ میٹریلز سائنس اینڈ انجینئرنگ کے سربراہ کرسٹوفر اے شوہ اور ساتھیوں کے ساتھ میٹالرجیکل اینڈ میٹریلز جریدے میں رپورٹ کیا۔ ٹرانزیکشنز A. بہتری فیلڈ کی مدد سے دھاتی پاؤڈر کو کمپیکٹ کرکے حاصل کی گئی۔ سنٹرنگ ہاٹ پریس، بہترین نتیجہ کے ساتھ، باریک اناج کی ساخت اور سب سے زیادہ سختی سے ماپا جاتا ہے، جو 1،200 ڈگری سیلسیس پر 1 منٹ کے پروسیسنگ وقت میں حاصل کیا جاتا ہے۔ پروسیسنگ کا طویل وقت اور زیادہ درجہ حرارت موٹے دانے اور کمزور میکانکی کارکردگی کا باعث بنتا ہے۔ شریک مصنفین میں ایم آئی ٹی انجینئرنگ اور میٹریل سائنس کے گریجویٹ طالب علم مانسو پارک، اوک رج کے پوسٹ ڈاکیٹرل ساتھی ایملی ایل ہسکنز، بوائز اسٹیٹ ایسوسی ایٹ پروفیسر میگن فریری اور گریجویٹ طالب علم سٹیون لیورز، اور آرمی ریسرچ لیبارٹری مکینیکل انجینئر اور ٹیم لیڈر برائن ای شسٹر شامل تھے۔ ٹنگسٹن-کرومیم-آئرن الائے کے ذیلی پیمانے پر بیلسٹک ٹیسٹ بھی کیے گئے ہیں۔

کورڈیرو کا کہنا ہے کہ "اگر آپ یا تو نانو سٹرکچرڈ یا بے ساختہ بلک ٹنگسٹن (ملاوٹ) بنا سکتے ہیں، تو یہ واقعی ایک مثالی بیلسٹک مواد ہونا چاہیے۔" Bridgewater، NJ کے رہنے والے Cordero نے 2012 میں ایئر فورس آفس آف سائنٹیفک ریسرچ کے ذریعے نیشنل ڈیفنس سائنس اینڈ انجینئرنگ (NDSEG) فیلوشپ حاصل کی۔ ان کی تحقیق کو امریکی ڈیفنس تھریٹ ریڈکشن ایجنسی کی طرف سے فنڈز فراہم کیے گئے ہیں۔

انتہائی باریک اناج کا ڈھانچہ

"میں اپنا مواد بنانے کا طریقہ پاؤڈر پروسیسنگ کے ساتھ ہے جہاں پہلے ہم نانو کرسٹل لائن پاؤڈر بناتے ہیں اور پھر ہم اسے ایک بڑی چیز میں مضبوط کرتے ہیں۔ لیکن چیلنج یہ ہے کہ استحکام کے لیے مواد کو زیادہ درجہ حرارت پر بے نقاب کرنے کی ضرورت ہوتی ہے،" کورڈیرو کہتے ہیں۔ مرکب دھاتوں کو زیادہ درجہ حرارت پر گرم کرنے سے دھات کے اندر دانے، یا انفرادی کرسٹل ڈومینز بڑھ سکتے ہیں، جو انہیں کمزور کر دیتے ہیں۔ Cordero W-7Cr-9Fe کمپیکٹ میں تقریباً 130 نینو میٹرز کی انتہائی باریک اناج کی ساخت حاصل کرنے میں کامیاب رہا، جس کی تصدیق الیکٹران مائیکروگرافس سے ہوتی ہے۔ "اس پاؤڈر پروسیسنگ روٹ کا استعمال کرتے ہوئے، ہم 2 سینٹی میٹر قطر تک کے بڑے نمونے بنا سکتے ہیں، یا ہم 4 GPa (gigapascals) کی متحرک کمپریسیو طاقتوں کے ساتھ بڑے ہو سکتے ہیں۔ Cordero کا کہنا ہے کہ حقیقت یہ ہے کہ ہم ان مواد کو توسیع پذیر عمل کا استعمال کرتے ہوئے بنا سکتے ہیں، شاید اور بھی زیادہ متاثر کن ہے۔

"ہم ایک گروپ کے طور پر جو کچھ کرنے کی کوشش کر رہے ہیں وہ یہ ہے کہ عمدہ نانو اسٹرکچرز کے ساتھ بڑی مقدار میں چیزیں بنائیں۔ ہم ایسا کرنا چاہتے ہیں اس کی وجہ یہ ہے کہ ان مواد میں بہت دلچسپ خصوصیات ہیں جو بہت سے ایپلی کیشنز میں ممکنہ طور پر استعمال کی جا سکتی ہیں، "کورڈیرو کہتے ہیں۔

فطرت میں نہیں ملتا

کورڈیرو نے ایکٹا میٹیریلیا جرنل پیپر میں نانوسکل مائیکرو اسٹرکچرز کے ساتھ دھاتی مرکب پاؤڈر کی طاقت کا بھی جائزہ لیا۔ Cordero، سینئر مصنف Schuh کے ساتھ، دونوں کمپیوٹیشنل سمیلیشنز اور تجربہ گاہوں کے تجربات کا استعمال کرتے ہوئے یہ ظاہر کرتے ہیں کہ ٹنگسٹن اور کرومیم جیسی دھاتوں کے مرکب یکساں ابتدائی طاقت کے حامل ہوتے ہیں اور ایک مضبوط حتمی مصنوعات تیار کرتے ہیں، جبکہ دھاتوں کے امتزاج بڑی ابتدائی طاقت کے ساتھ مماثلت نہیں رکھتے۔ جیسا کہ ٹنگسٹن اور زرکونیم ایک سے زیادہ فیز موجود کے ساتھ ایک کمزور مرکب پیدا کرنے کا رجحان رکھتے ہیں۔

"اعلی توانائی والی بال کی گھسائی کرنے کا عمل عمل کے ایک بڑے خاندان کی ایک مثال ہے جس میں آپ اس کے مائیکرو اسٹرکچر کو ایک عجیب غیر متوازن حالت میں چلانے کے لیے مادے سے باہر ہیک کو خراب کرتے ہیں۔ سامنے آنے والے مائیکرو اسٹرکچر کی پیشن گوئی کرنے کے لیے واقعی کوئی اچھا فریم ورک نہیں ہے، اس لیے اکثر اوقات یہ آزمائش اور غلطی ہوتی ہے۔ کورڈیرو نے وضاحت کرتے ہوئے کہا کہ ہم ایسے مرکب دھاتوں کو ڈیزائن کرنے سے تجربات کو دور کرنے کی کوشش کر رہے تھے جو ایک میٹاسٹیبل ٹھوس حل بنائے گا، جو کہ عدم توازن کے مرحلے کی ایک مثال ہے۔

"آپ یہ غیر متوازن مراحل پیدا کرتے ہیں، ایسی چیزیں جو آپ عام طور پر اپنے اردگرد کی دنیا میں، فطرت میں، واقعی انتہائی خرابی کے عمل کو استعمال کرتے ہوئے نہیں دیکھیں گے،" وہ کہتے ہیں۔ اعلی توانائی والی بال کی گھسائی کرنے کے عمل میں دھاتی پاؤڈروں کو بار بار موندنا شامل ہوتا ہے جس کے ساتھ مسابقت کے دوران مرکب ساز عناصر کو آپس میں ملایا جاتا ہے، حرارتی طور پر فعال بحالی کے عمل سے مرکب کو اس کی توازن کی حالت میں واپس آنے کی اجازت ملتی ہے، جو کہ بہت سے معاملات میں الگ الگ ہونا ہوتا ہے۔ . "لہذا ان دو عملوں کے درمیان یہ مقابلہ ہے،" کورڈیرو بتاتے ہیں۔ اس کے مقالے نے دیے گئے مرکب میں کیمسٹری کی پیشن گوئی کرنے کے لیے ایک سادہ ماڈل تجویز کیا جو ایک ٹھوس حل بنائے گا اور تجربات کے ساتھ اس کی توثیق کرے گا۔ کورڈیرو کا کہنا ہے کہ "جیسے ملڈ پاؤڈر کچھ سخت ترین دھاتیں ہیں جو لوگوں نے دیکھی ہیں،" نوٹنگ ٹیسٹوں سے پتہ چلتا ہے کہ ٹنگسٹن-کرومیم الائے کی نینو انڈینٹیشن سختی 21 GPa ہے۔ یہ انہیں نانو کرسٹل لائن آئرن پر مبنی مرکب یا موٹے دانے والے ٹنگسٹن کی نینو انڈینٹیشن سختی کو دوگنا بنا دیتا ہے۔

دھات کاری کو لچک کی ضرورت ہوتی ہے۔

الٹرا فائن گرین ٹنگسٹن-کرومیم-آئرن الائے کمپیکٹس میں جس کا اس نے مطالعہ کیا، اللویس نے اسٹیل گرائنڈنگ میڈیا اور شیشی کو ہائی انرجی بال ملنگ کے دوران رگڑنے سے لوہے کو اٹھایا۔ "لیکن یہ پتہ چلتا ہے کہ یہ ایک قسم کی اچھی چیز بھی ہوسکتی ہے، کیونکہ ایسا لگتا ہے کہ یہ کم درجہ حرارت پر کثافت کو تیز کرتا ہے، جس سے آپ کو ان اعلی درجہ حرارت پر خرچ کرنے کے وقت کی مقدار کم ہوجاتی ہے جو مائیکرو اسٹرکچر میں خراب تبدیلیوں کا باعث بن سکتی ہے۔" Cordero وضاحت کرتا ہے. "بڑی چیز لچکدار ہونا اور دھات کاری میں مواقع کو تسلیم کرنا ہے۔"

دھاتوں کے وزن کے لیے استعمال ہونے والی ایک کشتی میں ایک کمپیکٹ شدہ دھاتی کھوٹ والی گولی ٹنگسٹن-کرومیم آئرن میٹل پاؤڈر کے ساتھ مل کر بیٹھتی ہے۔ اسٹیل کی گیندوں کو اعلی توانائی والی بال مل میں دھاتوں کو درست کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ کریڈٹ: ڈینس پیسٹ/مٹیریلز پروسیسنگ سینٹر
کورڈیرو نے 2010 میں MIT سے فزکس میں بیچلر کے ساتھ گریجویشن کیا اور لارنس برکلے نیشنل لیب میں ایک سال تک کام کیا۔ وہاں، وہ انجینئرنگ کے عملے سے متاثر ہوا جس نے میٹالرجسٹ کی ایک پرانی نسل سے سیکھا جس نے دوسری جنگ عظیم کے دوران مین ہٹن پروجیکٹ کے لیے پلوٹونیم کو رکھنے کے لیے خصوصی کروسیبل بنائے۔ "اس قسم کی چیزیں سن کر جس پر وہ کام کر رہے تھے، مجھے بہت پرجوش اور دھاتوں کی پروسیسنگ کا شوق ہوا۔ یہ بھی صرف بہت مزہ ہے،" Cordero کہتے ہیں. دیگر مادّی سائنس کے ذیلی مضامین میں، وہ کہتے ہیں، "آپ کو 1,000 C پر بھٹی نہیں کھولنی پڑے گی، اور کچھ چمکتی ہوئی سرخ گرم نظر نہیں آئے گی۔ آپ کو ہیٹ ٹریٹ کرنے والی چیزیں نہیں ملیں گی۔" وہ 2015 میں پی ایچ ڈی مکمل کرنے کی توقع رکھتا ہے۔

اگرچہ اس کا موجودہ کام ساختی ایپلی کیشنز پر مرکوز ہے، لیکن وہ جس قسم کی پاؤڈر پروسیسنگ کر رہا ہے اسے مقناطیسی مواد بنانے کے لیے بھی استعمال کیا جاتا ہے۔ "بہت ساری معلومات اور علم کو دوسری چیزوں پر لاگو کیا جا سکتا ہے،" وہ کہتے ہیں۔ "اگرچہ یہ روایتی ساختی دھات کاری ہے، آپ اس پرانے اسکول کی دھات کاری کو نئے اسکول کے مواد پر لاگو کرسکتے ہیں۔"