ขอบเขตของเกรนในเซรามิกอาจไม่เสถียรทางเคมีอย่างที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ ดังนั้น นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-เมดิสันในสหรัฐอเมริกา ซึ่งพบว่าอะตอมของคาร์บอนรวบรวมหรือแยกตัวที่ขอบเขตของซิลิคอนคาร์ไบด์ ซึ่งเป็นเซรามิกที่มีความสำคัญทางเทคโนโลยี เมื่อวัสดุสัมผัสกับรังสีไอออไนซ์ ผลลัพธ์ที่ได้สามารถช่วยปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับเซรามิกโดยทั่วไป
และช่วย
ในการพัฒนาวัสดุเซรามิกที่ดีขึ้นสำหรับการใช้งานในพลังงานนิวเคลียร์ การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของขอบเกรน ซึ่งเป็นส่วนต่อประสานระหว่างเกรนสองชนิดที่แตกต่างกันในวัสดุโพลีคริสตัลไลน์ อาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อความแข็งแรงเชิงกลของวัสดุ ความต้านทานการกัดกร่อน
และความทนทานต่อรังสี นี่เป็นเพราะขอบเขตทำหน้าที่เป็นกับดักสำหรับข้อบกพร่อง จุดสำหรับปฏิกิริยาการกัดกร่อน และช่องทางสำหรับการแพร่กระจายของสารเคมีอื่น ๆ ผ่านวัสดุ การแยกตัวที่เกิดจากการแผ่รังสีเป็นปรากฏการณ์ที่รู้จักกันดีในโลหะผสม เมื่อโลหะผสมดังกล่าวได้รับการฉายรังสี
การทิ้งระเบิดของนิวตรอน ไอออน และอนุภาคอื่นๆ จะทำให้เกิดข้อบกพร่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ข้อบกพร่องที่เรียกว่าคู่ Frenkel ก่อตัวขึ้นเมื่ออะตอมออกจากตำแหน่งในตาข่ายคริสตัล (สร้างพื้นที่ว่าง) และเข้าพักในบริเวณใกล้เคียง (กลายเป็นสิ่งของคั่นระหว่างหน้า) คู่ Frenkel สามารถรวมเข้าด้วยกันใหม่
หรือย้ายไปยังกับดักที่มีข้อบกพร่องเช่นขอบเขตของเกรน หากอะตอมต่างชนิดกันในโลหะผสมเคลื่อนที่ด้วยอัตราที่ต่างกัน ธาตุบางชนิดจะก่อตัวขึ้นหรือหมดลงในบริเวณใกล้เคียงกับขอบเขต เนื่องจากเซรามิกส์มีพันธะระหว่างอะตอมที่แข็งแกร่งกว่าโลหะ นักวิจัยจึงสันนิษฐานมานานแล้วว่าอะตอม
ในเซรามิกส์ไม่ได้อยู่ภายใต้การแยกตัวแบบนี้ อย่างไรก็ตาม ขณะนี้ ทีมนักวิจัยที่นำได้เปลี่ยนความคิดนี้โดยการศึกษาพฤติกรรมของขอบเกรนในซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) เซรามิกนี้ใช้ในพลังงานนิวเคลียร์และเครื่องยนต์ไอพ่น รวมถึงการใช้งานด้านเทคโนโลยีขั้นสูงอื่นๆ และยังเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
ขั้นสูง
และระบบไมโครไฟฟ้าเคมีที่ทำงานในสภาวะสมบุกสมบันอีกด้วย และเพื่อนร่วมงานพบว่าขอบเขตของเกรนของวัสดุนั้นอุดมด้วยอะตอมของคาร์บอนเมื่อพวกเขาระดมยิงด้วยไอออนที่อุณหภูมิ 300°C ที่อุณหภูมินี้ ซึ่งต่ำกว่าที่จำเป็นมากในการเริ่มต้นการแยกตัวของรังสีที่เกิดจากรังสีในโลหะ
พวกเขาพบว่าการแผ่รังสีได้ขับอะตอมของคาร์บอนบางส่วนออกจากตำแหน่งขัดแตะปกติของพวกมัน เช่นเดียวกับโลหะ คู่ของข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นใน SiC รวมถึงไซต์ที่ว่างและสิ่งของคั่นระหว่างหน้า (ในกรณีนี้คืออะตอมของคาร์บอนที่มีพันธะหลวม) พวกเขายังสังเกตเห็นว่าสิ่งของคั่นระหว่างหน้าที่
ไม่มีการผูกมัดเหล่านี้ย้ายไปยังขอบเกรนซึ่งเป็นที่ที่พวกมันสะสม เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมีของวัสดุ ระดับการแยกตัวลดลงเมื่อฉายรังสีวัสดุที่อุณหภูมิ 600°C การฉายรังสีเป็นเครื่องมือในการปรับเคมีให้ละเอียดนักวิจัยได้ผลลัพธ์โดยการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของขอบเขตเกรนในตัวอย่าง
ที่เก่าแก่ของ SiC ที่เติบโตโดยการสะสมไอเคมีโดยใช้เทคนิคกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบส่องกราดล่าสุดที่ พวกเขากล่าวว่าปรากฏการณ์นี้มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นในเซรามิกโพลีคริสตัลไลน์อื่นๆ ด้วย และพวกเขายังทราบว่าการแยกตัวอาจกลายเป็นข้อได้เปรียบ
อย่างไรก็ตาม นักวิจัยซึ่งรายงานการค้นพบของพวกเขายังทราบด้วยว่าอุณหภูมิที่ลดลงมากสำหรับการเพิ่มปริมาณคาร์บอนใน SiC บ่งชี้ว่าความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการแยกตัวที่เกิดจากการแผ่รังสีในโลหะอาจไม่ถ่ายโอนโดยตรงไปยังเซรามิก “ไม่เหมือนกับโลหะผสม เซรามิกส์มีภูมิทัศน์พลังงานที่ซับซ้อน
กว่ามาก
สำหรับปฏิกิริยาที่บกพร่องและหลายซับแลตทิซซึ่งข้อบกพร่องสามารถโยกย้ายได้” พวกเขากล่าว ในการสำรวจภูมิทัศน์นี้ ทีมงานได้พัฒนา แบบ จำลองทฤษฎีอัตราการให้ข้อมูลเบื้องต้น ซึ่งสร้างและอธิบายพฤติกรรมการแยกตัวที่เกิดจากการแผ่รังสีที่อุณหภูมิต่ำใน SiC การคำนวณเหล่านี้
ยังชี้ให้เห็นว่าการแยกคาร์บอนใกล้กับขอบเขตเกรนใน SiC เกิดขึ้นเนื่องจากปัจจัยสองประการ: ความแตกต่างของตำแหน่งงานว่างและข้อบกพร่องคั่นระหว่างหน้า และอุปสรรคพลังงานปฏิกิริยาที่แตกต่างกันระหว่างโครงย่อยของซิลิกอนและคาร์บอนในวัสดุ
ในการศึกษาในอนาคต และเพื่อนร่วมงานวางแผนที่จะศึกษาว่าการแยกตัวที่เกิดจากรังสีใน SiC นั้นขึ้นอยู่กับเงื่อนไขอื่นๆ อย่างไร เช่น ปริมาณรังสีทั้งหมด พวกเขายังจะตรวจสอบขอบเขตของเกรนประเภทต่างๆโดยทำให้สามารถผลิตวัสดุเซรามิกประเภทใหม่ที่มีคุณสมบัติดีขึ้นได้
ด้วยแสงอัลตราไวโอเลต เป็นกระบวนการที่ไม่ขึ้นกับมวล อย่างไรก็ตาม การทดลอง และเพื่อนร่วมงานที่สถาบัน สำหรับฟิสิกส์นิวเคลียร์ในไฮเดลเบิร์ก บ่งชี้ว่าการชนกันระหว่างอะตอมของออกซิเจนและโมเลกุลที่ก่อตัวเป็นโอโซนนั้นไม่ขึ้นกับมวล นักวิจัยชาวเยอรมันศึกษาปฏิกิริยาของอะตอม
และโมเลกุลที่แตกต่างกัน 6 ปฏิกิริยาที่นำไปสู่การก่อตัวของโอโซน ด้วยการสร้างโอโซนในชุดของส่วนผสมของก๊าซต่างๆ ซึ่งแต่ละชนิดประกอบด้วยไอโซโทปออกซิเจนทั้งสามในปริมาณที่แตกต่างกัน กลุ่มชาวเยอรมันสามารถศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยาสำหรับแต่ละไอโซโทปได้
พบว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาสำหรับการสร้างโอโซนโมเลกุลหนักนั้นสูงกว่าอัตราการสร้างโอโซนรุ่นเบาถึง 50%ได้”โดยใช้เทคนิคทั่วไปดังที่กล่าวไว้ เนื่องจากวัสดุเป็นเจ้าภาพการไล่ระดับความเค้นเฉพาะที่ที่แข็งแกร่ง”รังสีอาจถูกใช้เป็นเครื่องมือในการปรับเคมีขอบเขตของเกรนอย่างละเอียด” ผู้เขียนร่วม
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
