Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર.તમે મર્યાદિત CSS સપોર્ટ સાથે બ્રાઉઝર સંસ્કરણનો ઉપયોગ કરી રહ્યાં છો.શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટ કરેલ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા Internet Explorer માં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો).વધુમાં, ચાલુ સમર્થનની ખાતરી કરવા માટે, અમે શૈલીઓ અને JavaScript વિના સાઇટ બતાવીએ છીએ.
એક સાથે ત્રણ સ્લાઇડ્સનું કેરોયુઝલ પ્રદર્શિત કરે છે.એક સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે પાછલા અને આગલા બટનોનો ઉપયોગ કરો અથવા એક સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે અંતે સ્લાઇડર બટનનો ઉપયોગ કરો.
છેલ્લાં કેટલાંક વર્ષોમાં, વિવિધ સામગ્રીઓ માટે અલ્ટ્રા-લાર્જ ઇન્ટરફેસ સાથે નેનો-/મેસો-સાઇઝના છિદ્રાળુ અને સંયુક્ત સ્ટ્રક્ચર્સના ફેબ્રિકેશન માટે પ્રવાહી ધાતુના એલોયનો ઝડપી વિકાસ થયો છે.જો કે, આ અભિગમ હાલમાં બે મહત્વપૂર્ણ મર્યાદાઓ ધરાવે છે.પ્રથમ, તે એલોય કમ્પોઝિશનની મર્યાદિત શ્રેણી માટે હાઇ-ઓર્ડર ટોપોલોજી સાથે બાયકોન્ટિન્યુસ સ્ટ્રક્ચર્સ બનાવે છે.બીજું, ઉચ્ચ-તાપમાનના વિભાજન દરમિયાન નોંધપાત્ર વિસ્તરણને કારણે બંધારણમાં બાઈન્ડરનું કદ મોટું છે.અહીં, અમે ગણતરીપૂર્વક અને પ્રાયોગિક રીતે દર્શાવીએ છીએ કે આ મર્યાદાઓને મેટલ મેલ્ટ્સમાં એક ઘટક ઉમેરીને દૂર કરી શકાય છે જે ડીકપલિંગ દરમિયાન અવિશ્વસનીય તત્વોના લિકેજને મર્યાદિત કરીને ઉચ્ચ-ક્રમની ટોપોલોજીને પ્રોત્સાહન આપે છે.આગળ, અમે આ તારણને બતાવીને સમજાવીએ છીએ કે પ્રવાહી પીગળવામાં અવિશ્વસનીય તત્વોનું બલ્ક પ્રસરણ સ્થાનાંતરણ ઘન અપૂર્ણાંકના ઉત્ક્રાંતિ અને ફ્લેકિંગ દરમિયાન રચનાઓની ટોપોલોજીને મજબૂત રીતે પ્રભાવિત કરે છે.પરિણામો પ્રવાહી ધાતુઓ અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ અશુદ્ધિ દૂર કરવા વચ્ચેના મૂળભૂત તફાવતો દર્શાવે છે, અને આપેલ પરિમાણો અને ટોપોલોજી સાથે પ્રવાહી ધાતુઓમાંથી રચનાઓ મેળવવા માટેની નવી પદ્ધતિ પણ સ્થાપિત કરે છે.
ડેલિગેશન નેનો-/મેસો-સાઇઝના ખુલ્લા છિદ્રો અને વિવિધ કાર્યાત્મક અને માળખાકીય સામગ્રીઓ જેમ કે ઉત્પ્રેરક 1,2, ઇંધણ કોષો 3,4, ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સ5, માટે અલ્ટ્રા-હાઇ ઇન્ટરફેસિયલ સપાટી સાથે સંયુક્ત માળખાના ફેબ્રિકેશન માટે એક શક્તિશાળી અને બહુમુખી તકનીકમાં વિકસિત થયું છે. 6, કિરણોત્સર્ગ નુકસાન સામે પ્રતિરોધક સામગ્રી 7, વધેલી યાંત્રિક સ્થિરતા સાથે ઉચ્ચ-ક્ષમતાવાળી બેટરી સામગ્રી 8, 9 અથવા ઉત્તમ યાંત્રિક ગુણધર્મો સાથે સંયુક્ત સામગ્રી 10, 11. વિવિધ સ્વરૂપોમાં, પ્રતિનિધિમંડળમાં પ્રારંભિક રીતે અસંરચિત "પૂર્વગામી" ના એક તત્વના પસંદગીયુક્ત વિસર્જનનો સમાવેશ થાય છે. એલોય” બાહ્ય વાતાવરણમાં, જે મૂળ એલોયની ટોપોલોજીથી અલગ બિન-તુચ્છ ટોપોલોજી સાથે વણ ઓગળેલા એલોયિંગ તત્વોના પુનર્ગઠન તરફ દોરી જાય છે., ઘટકોની રચના.પર્યાવરણ તરીકે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સનો ઉપયોગ કરીને પરંપરાગત ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ડેલિગેશન (ECD) આજની તારીખમાં સૌથી વધુ અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હોવા છતાં, આ પદ્ધતિ પ્રમાણમાં ઉમદા તત્વો (Au, Pt) ધરાવતી પ્રતિનિધિ સિસ્ટમ્સ (જેમ કે Ag-Au અથવા Ni-Pt) ને મર્યાદિત કરે છે. છિદ્રાળુતા પ્રદાન કરવા માટે ઘટાડો સંભવિતમાં પૂરતો મોટો તફાવત.આ મર્યાદાને દૂર કરવા તરફનું એક મહત્વપૂર્ણ પગલું પ્રવાહી ધાતુના મિશ્રણની પદ્ધતિ 13,14 (LMD) ની તાજેતરની પુનઃશોધ છે, જે પર્યાવરણમાં અન્ય તત્વો સાથે પ્રવાહી ધાતુઓ (દા.ત., Cu, Ni, Bi, Mg, વગેરે) ના એલોયનો ઉપયોગ કરે છે. .(દા.ત. TaTi, NbTi, FeCrNi, SiMg, વગેરે)6,8,10,11,14,15,16,17,18,19.એલએમડી અને તેના હાર્ડ મેટલ એલોય રિમૂવલ (એસએમડી) વેરિઅન્ટ જ્યારે બેઝ મેટલ હાર્ડ 20,21 હોય ત્યારે નીચા તાપમાને કામ કરે છે, પરિણામે એક તબક્કાના રાસાયણિક નકશીકામ પછી બે અથવા વધુ ઇન્ટરપેનિટ્રેટિંગ તબક્કાઓનું સંયોજન થાય છે.આ તબક્કાઓ ખુલ્લા છિદ્રોમાં પરિવર્તિત થઈ શકે છે.માળખાંવેપર ફેઝ ડેલિગેશન (VPD) ની તાજેતરની રજૂઆત દ્વારા ડેલિગેશન પદ્ધતિઓમાં વધુ સુધારો કરવામાં આવ્યો છે, જે એક જ તત્વ 22,23ના પસંદગીયુક્ત બાષ્પીભવન દ્વારા ખુલ્લા નેનોપોરસ સ્ટ્રક્ચર્સ બનાવવા માટે ઘન તત્વોના બાષ્પ દબાણમાં તફાવતનો ઉપયોગ કરે છે.
ગુણાત્મક સ્તરે, આ બધી અશુદ્ધિ દૂર કરવાની પદ્ધતિઓ સ્વ-સંગઠિત અશુદ્ધિ દૂર કરવાની પ્રક્રિયાના બે મહત્વપૂર્ણ સામાન્ય લક્ષણોને શેર કરે છે.પ્રથમ, આ બાહ્ય વાતાવરણમાં ઉપરોક્ત એલોયિંગ તત્વો (જેમ કે સૌથી સરળ એલોય AXB1-X માં B) નું પસંદગીયુક્ત વિસર્જન છે.બીજું, પ્રથમ ECD24 પરના પ્રાયોગિક અને સૈદ્ધાંતિક અભ્યાસોમાં નોંધ્યું છે, અશુદ્ધિઓને દૂર કરવા દરમિયાન એલોય અને પર્યાવરણ વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ સાથે વણ ઓગળેલા તત્વ Aનું પ્રસાર છે.ઇન્ટરફેસ દ્વારા મર્યાદિત હોવા છતાં, બલ્ક એલોયમાં સ્પિનોડલ સડો જેવી પ્રક્રિયા દ્વારા પ્રસરણ અણુ-સમૃદ્ધ પ્રદેશો રચવામાં સક્ષમ છે.આ સમાનતા હોવા છતાં, વિવિધ એલોય દૂર કરવાની પદ્ધતિઓ અસ્પષ્ટ કારણોસર અલગ અલગ આકારવિજ્ઞાન પેદા કરી શકે છે18.જ્યારે ECD 5%25 જેટલા નીચા અણુ અપૂર્ણાંકો (જેમ કે AgAu માં Au) ના અણુ અપૂર્ણાંકો (X) માટે ટોપોલોજીકલી સંબંધિત ઉચ્ચ-ક્રમ માળખાં જનરેટ કરી શકે છે, LMDના કોમ્પ્યુટેશનલ અને પ્રાયોગિક અભ્યાસો દર્શાવે છે કે આ મોટે ભાગે સમાન પદ્ધતિ માત્ર ટોપોલોજીકલી સંબંધિત માળખાં જ પેદા કરે છે. .ઉદાહરણ તરીકે, ઘણા મોટા X માટે, ક્યુ ઓગળેલા TaTi એલોયના કિસ્સામાં સંકળાયેલ બાયકોન્ટિન્યુઅસ સ્ટ્રક્ચર લગભગ 20% છે (વિવિધ ECD અને LMD ફોર્મ X સાથે બાજુ-બાજુની સરખામણી માટે સંદર્ભ 18 માં ફિગ 2 જુઓ. ).આ વિસંગતતા સૈદ્ધાંતિક રીતે ઇન્ટરફેસિયલ સ્પિનોડલ વિઘટનથી અલગ પ્રસરણ-જોડાણવાળી વૃદ્ધિ પદ્ધતિ દ્વારા સમજાવવામાં આવી છે અને યુટેક્ટિક-કપ્લ્ડ વૃદ્ધિ26 જેવી જ છે.અશુદ્ધિ દૂર કરવાના વાતાવરણમાં, પ્રસરણ-કમ્પલ્ડ ગ્રોથ A-સમૃદ્ધ ફિલામેન્ટ્સ (અથવા 2Dમાં ફ્લેક્સ) અને B-સમૃદ્ધ લિક્વિડ ચેનલોને અશુદ્ધતા દૂર કરતી વખતે પ્રસરણ દ્વારા સહ-વિકસિત થવા દે છે.જોડી વૃદ્ધિ X ના મધ્ય ભાગમાં સંરેખિત ટોપોલોજીકલી અનબાઉન્ડ માળખું તરફ દોરી જાય છે અને X ના નીચેના ભાગમાં દબાવવામાં આવે છે, જ્યાં માત્ર A તબક્કામાં સમૃદ્ધ અનબાઉન્ડ ટાપુઓ રચી શકે છે.મોટા X પર, બોન્ડેડ વૃદ્ધિ અસ્થિર બની જાય છે, જે સિંગલ-ફેઝ એચિંગ પછી પણ માળખાકીય અખંડિતતા જાળવતા સંપૂર્ણ રીતે બંધાયેલા 3D માળખાના નિર્માણની તરફેણ કરે છે.રસપ્રદ વાત એ છે કે, LMD17 અથવા SMD20 (Fe80Cr20) XNi1-X એલોય દ્વારા ઉત્પાદિત ઓરિએન્ટેશનલ સ્ટ્રક્ચર X માટે 0.5 સુધી પ્રાયોગિક રીતે જોવામાં આવ્યું છે, જે સૂચવે છે કે પ્રસરણ-જોડાણ વૃદ્ધિ એ LMD અને SMD માટે સર્વવ્યાપક પદ્ધતિ છે, સામાન્ય રીતે પરિણામી છિદ્રાળુ ECD નથી. પસંદગીનું સંરેખણ માળખું છે.
ECD અને NMD મોર્ફોલોજી વચ્ચેના આ તફાવતનું કારણ સ્પષ્ટ કરવા માટે, અમે TaXTi1-X એલોયના NMD ના તબક્કાના ક્ષેત્રના અનુકરણો અને પ્રાયોગિક અભ્યાસો કર્યા, જેમાં પ્રવાહી તાંબામાં ઓગળેલા તત્વો ઉમેરીને વિસર્જન ગતિશાસ્ત્રમાં ફેરફાર કરવામાં આવ્યો.અમે તારણ કાઢ્યું છે કે ECD અને LMD બંને પસંદગીયુક્ત વિસર્જન અને ઇન્ટરફેસિયલ પ્રસરણ દ્વારા નિયંત્રિત હોવા છતાં, આ બે પ્રક્રિયાઓમાં મહત્વપૂર્ણ તફાવતો પણ છે જે મોર્ફોલોજિકલ તફાવતો18 તરફ દોરી શકે છે.પ્રથમ, ECD માં પીલ ગતિશાસ્ત્ર એ લાગુ કરેલ વોલ્ટેજના કાર્ય તરીકે સતત પીલ ફ્રન્ટ વેગ V12 સાથે ઇન્ટરફેસ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે.પ્રત્યાવર્તન કણોનો એક નાનો અપૂર્ણાંક (દા.ત. Ag-Au માં Pt) પેરેન્ટ એલોયમાં ઉમેરવામાં આવે ત્યારે પણ આ સાચું છે, જે ઇન્ટરફેસિયલ ફ્લુડિટીને અટકાવે છે, એલોય્ડ સામગ્રીને સાફ કરે છે અને સ્થિર કરે છે, પરંતુ અન્યથા સમાન મોર્ફોલોજી જાળવી રાખે છે 27.ટોપોલોજિકલ રીતે જોડાયેલી રચનાઓ નીચા V પર માત્ર X પર જ મેળવવામાં આવે છે, અને મિશ્રિત તત્વો 25 ની જાળવણી મોટી છે જેથી બંધારણના વિભાજનને રોકવા માટે પૂરતા પ્રમાણમાં ઘન વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક જાળવવામાં આવે.આ સૂચવે છે કે ઇન્ટરફેસિયલ પ્રસરણના સંદર્ભમાં વિસર્જનનો દર મોર્ફોલોજિકલ પસંદગીમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવી શકે છે.તેનાથી વિપરીત, એલએમડીમાં એલોય દૂર કરવાની ગતિશાસ્ત્ર પ્રસરણ નિયંત્રિત 15,16 છે અને દર સમય સાથે પ્રમાણમાં ઝડપથી ઘટે છે \(V \sim \sqrt{{D}_{l}/t}\), જ્યાં Dl એ મિસિબિલિટી તત્વ છે પ્રવાહી પ્રસરણ ગુણાંક માટે..
બીજું, ECD દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં અવિશ્વસનીય તત્વોની દ્રાવ્યતા અત્યંત ઓછી હોય છે, તેથી તેઓ માત્ર એલોય-ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઇન્ટરફેસ સાથે પ્રસરી શકે છે.તેનાથી વિપરિત, LMD માં, AXB1-X પૂર્વવર્તી એલોયના "અવિચલિત" તત્વો (A) સામાન્ય રીતે ઓછી, મર્યાદિત હોવા છતાં, ઓગળતી દ્રાવ્યતા ધરાવે છે.પૂરક આકૃતિ 1 માં બતાવેલ CuTaTi ટર્નરી સિસ્ટમના ટર્નરી ફેઝ ડાયાગ્રામના પૃથ્થકરણ પરથી આ સહેજ દ્રાવ્યતાનું અનુમાન લગાવી શકાય છે. દ્રાવ્યતાનું પરિમાણ લિક્વિડ લાઇન વિરુદ્ધ Ta અને Ti ની સંતુલન સાંદ્રતાનું કાવતરું બનાવીને કરી શકાય છે. {c}_{ {{{{{\rm{Ta))))))}}}} ^{l}\ ) અને \({c}_{{{{({\rm{Ti}}) }}}} }^ {l}\), અનુક્રમે, પ્રતિનિધિત્વ તાપમાન પર (પૂરક ફિગ. 1b) ઘન-પ્રવાહી ઇન્ટરફેસ એલોયિંગ દરમિયાન સ્થાનિક થર્મોડાયનેમિક સંતુલન જાળવવામાં આવે છે, }}}}}^{l}\) આશરે અચલ અને તેનું મૂલ્ય X સાથે સંબંધિત છે. પૂરક આકૃતિ 1b બતાવે છે કે \({c}_{{{{{\rm{Ta}}}} ))}^{l}\) શ્રેણી 10 માં આવે છે -3 − 10 ^{l}\) 15.16 બરાબર છે.એલોયમાં અવિભાજ્ય તત્વોનું આ "લિકેજ" તેના બદલામાં, ડિલેમિનેશન ફ્રન્ટ પર ઇન્ટરફેસિયલ સ્ટ્રક્ચરની રચના બંનેને અસર કરી શકે છે, જે વોલ્યુમના પ્રસારને કારણે રચનાના વિસર્જન અને બરછટમાં ફાળો આપી શકે છે.
(i) એલોય V ના નિકાલના ઘટાડેલા દર અને (ii) ઓગળવામાં અવિશ્વસનીય તત્વોના ઘૂસણખોરીના ઘટાડેલા દરના યોગદાનનું અલગથી મૂલ્યાંકન કરવા માટે, અમે બે પગલામાં આગળ વધ્યા.સૌપ્રથમ, \(V \sim \sqrt{{D}_{l}/t}\), આભાર, બંડલ ફ્રન્ટની રચનાના મોર્ફોલોજિકલ ઉત્ક્રાંતિનો અભ્યાસ કરીને, પૂરતા પ્રમાણમાં V ઘટવાની અસરનો અભ્યાસ કરવો શક્ય બન્યું.ખાસો સમય.તેથી, અમે અગાઉના અભ્યાસો કરતાં લાંબા સમય સુધી તબક્કા ફિલ્ડ સિમ્યુલેશન ચલાવીને આ અસરની તપાસ કરી, જેણે X15 મધ્યવર્તી પ્રસરણ-જોડાણ વૃદ્ધિ દ્વારા રચાયેલી ટોપોલોજીકલી અનકપલ્ડ એલાઈનમેન્ટ સ્ટ્રક્ચર્સની હાજરી જાહેર કરી.બીજું, લિકેજ દર ઘટાડવા પર અવિશ્વસનીય તત્વોની અસરની તપાસ કરવા માટે, અમે અનુક્રમે લિકેજ દર વધારવા અને ઘટાડવા માટે કોપર મેલ્ટમાં Ti અને Ag ઉમેર્યા, અને પરિણામી મોર્ફોલોજી, વિભાજન ગતિશાસ્ત્ર અને સાંદ્રતા વિતરણનો અભ્યાસ કર્યો. ઓગળવુંએલોય સ્ટ્રક્ચરની અંદર ગણતરીઓ અને પ્રયોગો દ્વારા સોંપાયેલ Cu ઓગળે છે.અમે Cu મેલ્ટને દૂર કરવા માટે મીડિયામાં 10% થી 30% સુધીના Ti ઉમેરાઓ ઉમેર્યા છે.Ti ના ઉમેરાથી સોંપેલ સ્તરની ધાર પર Ti એકાગ્રતા વધે છે, જે આ સ્તરની અંદર Ti સાંદ્રતા ઢાળને ઘટાડે છે અને વિસર્જન દર ઘટાડે છે.તે \({c}_{{{({\rm{Ti}}}}}}}^{l}\), તેથી \({c}_{{{{{}) વધારીને Ta ના લિકેજ દરમાં પણ વધારો કરે છે. {\rm{Ta}}}}}}}^{l}\) (પૂરક ફિગ. 1b) અમે જે ચાંદી ઉમેરીએ છીએ તે 10% થી 30% સુધી બદલાય છે કારણ કે એજી ઉમેરવાની મુખ્ય અસર છે મેલ્ટમાં એલોયિંગ તત્વોની દ્રાવ્યતા, અમે CuAgTaTi ક્વાટર્નરી સિસ્ટમને કાર્યક્ષમ (CuAg)TaTi ટર્નરી સિસ્ટમ તરીકે મોડેલ કર્યું છે જેમાં Ti અને Ta ની દ્રાવ્યતા CuAg મેલ્ટમાં Ag ની સાંદ્રતા પર આધાર રાખે છે (નોંધ જુઓ) 2 અને પૂરક અંજીર 2-4).Ag ના ઉમેરાથી સોંપેલ બંધારણની ધાર પર Ti ની સાંદ્રતામાં વધારો થતો નથી.જો કે, Ag માં Ti ની દ્રાવ્યતા Cu કરતા ઓછી હોવાથી, તે ઘટાડે છે \({c}_{{{{\rm{Ta}}}}}}}^{l}\) (પૂરક ફિગ 1 ) 4b) અને લિકેજ દર તા.
ફેઝ ફિલ્ડ સિમ્યુલેશનના પરિણામો દર્શાવે છે કે ક્ષયના આગળના ભાગમાં ટોપોલોજીકલી કમ્પલ્ડ સ્ટ્રક્ચર્સની રચનાને પ્રોત્સાહન આપવા માટે પૂરતા લાંબા સમય સુધી જોડી વૃદ્ધિ અસ્થિર બની જાય છે.અમે પ્રાયોગિક રીતે આ નિષ્કર્ષની પુષ્ટિ કરીને બતાવીએ છીએ કે Ta15T85 એલોયનું અન્ડરલાઇંગ લેયર, જે ડિલેમિનેશનના પછીના તબક્કામાં ડિલેમિનેશન ફ્રન્ટની નજીક બને છે, તે કોપર-સમૃદ્ધ તબક્કાના એચિંગ પછી ટોપોલોજીકલી બંધાયેલ રહે છે.અમારા પરિણામો એ પણ સૂચવે છે કે પ્રવાહી પીગળવામાં અવિશ્વસનીય તત્વોના બલ્ક ડિફ્યુઝિવ પરિવહનને કારણે લિકેજ દર મોર્ફોલોજિકલ ઉત્ક્રાંતિ પર ઊંડી અસર કરે છે.તે અહીં દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે આ અસર, જે ECD માં ગેરહાજર છે, તે પ્રતિનિધિ સ્તરમાં વિવિધ ઘટકોની સાંદ્રતા પ્રોફાઇલ્સ, ઘન તબક્કાના અપૂર્ણાંક અને LMD માળખાના ટોપોલોજીને મજબૂત રીતે અસર કરે છે.
આ વિભાગમાં, અમે સૌપ્રથમ અમારા અભ્યાસના પરિણામોને ફેઝ ફિલ્ડ સિમ્યુલેશન દ્વારા ક્યુ મેલ્ટમાં Ti અથવા Ag ઉમેરવાની અસરના આધારે રજૂ કરીએ છીએ જેના પરિણામે વિવિધ મોર્ફોલોજી થાય છે.અંજીર પર.આકૃતિ 1 Cu70Ti30, Cu70Ag30 અને 5 થી 15% સુધી અવિભાજ્ય તત્વોની ઓછી અણુ સામગ્રી સાથે શુદ્ધ તાંબાના પીગળેલા TaXTi1-X એલોયના તબક્કા ક્ષેત્રના ત્રિ-પરિમાણીય મોડેલિંગના પરિણામો રજૂ કરે છે.પ્રથમ બે પંક્તિઓ દર્શાવે છે કે શુદ્ધ Cu (ત્રીજી પંક્તિ) ની અનબાઉન્ડ રચનાની તુલનામાં Ti અને Ag બંનેનો ઉમેરો ટોપોલોજીકલી બોન્ડેડ સ્ટ્રક્ચર્સની રચનાને પ્રોત્સાહન આપે છે.જો કે, Ti ના ઉમેરાથી, અપેક્ષા મુજબ, Ta લિકેજમાં વધારો થયો છે, જેનાથી નીચા X એલોય (Ta5Ti95 અને Ta10Ti90) ના ડિલેમિનેશનને અટકાવવામાં આવે છે અને Ta15Ti85 ડિલેમિનેશન દરમિયાન એક્સ્ફોલિયેટેડ છિદ્રાળુ સ્તરનું મોટા પાયે વિસર્જન થાય છે.તેનાથી વિપરિત, એજી (બીજી પંક્તિ) નો ઉમેરો, સોંપેલ સ્તરના સહેજ વિસર્જન સાથે બેઝ એલોયના તમામ ઘટકોની ટોપોલોજીકલી સંબંધિત રચનાની રચનામાં ફાળો આપે છે.દ્વિપક્ષીય બંધારણની રચના ફિગમાં વધુમાં દર્શાવવામાં આવી છે.1b, જે ડાબેથી જમણે ડિલેમિનેશનની વધતી જતી ઊંડાઈ અને મહત્તમ ઊંડાઈ પર ઘન-પ્રવાહી ઈન્ટરફેસની ઈમેજ (ખૂબ જમણી ઈમેજ) બતાવે છે.
3D તબક્કો ફીલ્ડ સિમ્યુલેશન (128 × 128 × 128 nm3) સોંપેલ એલોયના અંતિમ મોર્ફોલોજી પર પ્રવાહી મેલ્ટમાં દ્રાવ્ય ઉમેરવાની નાટકીય અસર દર્શાવે છે.ઉપલા ચિહ્ન પેરેંટ એલોય (TaXTi1-X) ની રચના સૂચવે છે અને વર્ટિકલ ચિહ્ન Cu- આધારિત નરમાઈના માધ્યમની મેલ્ટ રચના સૂચવે છે.અશુદ્ધિઓ વિનાના બંધારણમાં ઉચ્ચ Ta સાંદ્રતા ધરાવતા વિસ્તારો ભૂરા રંગમાં બતાવવામાં આવે છે, અને ઘન-પ્રવાહી ઇન્ટરફેસ વાદળી રંગમાં બતાવવામાં આવે છે.b Cu70Ag30 મેલ્ટ (190 × 190 × 190 nm3) માં અનડોપ કરેલ Ta15Ti85 પ્રિકર્સર એલોયના તબક્કા ક્ષેત્રનું ત્રિ-પરિમાણીય સિમ્યુલેશન.પ્રથમ 3 ફ્રેમ વિવિધ ડેલિગેશન ઊંડાણો પર સોંપેલ માળખાના નક્કર પ્રદેશને દર્શાવે છે, અને છેલ્લી ફ્રેમ મહત્તમ ઊંડાઈ પર માત્ર નક્કર-પ્રવાહી ઇન્ટરફેસ દર્શાવે છે.(b) ને અનુરૂપ મૂવી સપ્લીમેન્ટરી મૂવી 1 માં બતાવવામાં આવી છે.
દ્રાવ્ય ઉમેરણની અસરને 2D તબક્કાના ફીલ્ડ સિમ્યુલેશન્સ સાથે વધુ અન્વેષણ કરવામાં આવી હતી, જેણે ડિલેમિનેશન ફ્રન્ટ પર ઇન્ટરફેસિયલ મોડની રચના પર વધારાની માહિતી પ્રદાન કરી હતી અને ડિલેમિનેશન ગતિશાસ્ત્રને માપવા માટે 3D સિમ્યુલેશન કરતાં વધુ લંબાઈ અને સમયના ભીંગડાને ઍક્સેસ કરવાની મંજૂરી આપી હતી.અંજીર પર.આકૃતિ 2 Cu70Ti30 અને Cu70Ag30 મેલ્ટ દ્વારા Ta15Ti85 પૂર્વવર્તી એલોયને દૂર કરવાના સિમ્યુલેશનની છબીઓ બતાવે છે.બંને કિસ્સાઓમાં, પ્રસરણ-જોડાણ વૃદ્ધિ ખૂબ જ અસ્થિર છે.એલોયમાં ઊભી રીતે ઘૂસી જવાને બદલે, પ્રવાહી ચેનલોની ટીપ્સ સ્થિર વૃદ્ધિ પ્રક્રિયા દરમિયાન અત્યંત જટિલ માર્ગમાં અસ્તવ્યસ્ત રીતે ડાબે અને જમણે ખસે છે જે સંરેખિત માળખાને પ્રોત્સાહન આપે છે જે 3D જગ્યા (ફિગ. 1) માં ટોપોલોજીકલી સંબંધિત માળખાના નિર્માણને પ્રોત્સાહન આપે છે.જો કે, Ti અને Ag ઉમેરણો વચ્ચે મહત્વનો તફાવત છે.Cu70Ti30 મેલ્ટ (ફિગ. 2a) માટે, બે પ્રવાહી ચેનલોની અથડામણ ઘન-પ્રવાહી ઇન્ટરફેસના મર્જર તરફ દોરી જાય છે, જે બંધારણમાંથી બે ચેનલો દ્વારા કેપ્ચર કરાયેલા ઘન બાઈન્ડરને બહાર કાઢવા તરફ દોરી જાય છે અને છેવટે, વિસર્જન તરફ દોરી જાય છે. .તેનાથી વિપરિત, Cu70Ag30 મેલ્ટ (ફિગ. 2b) માટે, ઘન અને પ્રવાહી તબક્કાઓ વચ્ચેના ઇન્ટરફેસમાં Ta સંવર્ધન, ઓગળવામાં Ta લિકેજમાં ઘટાડો થવાને કારણે સંકલન અટકાવે છે.પરિણામે, ડિલેમિનેશન ફ્રન્ટ પર બોન્ડનું કમ્પ્રેશન દબાવવામાં આવે છે, જેનાથી કનેક્ટિવ સ્ટ્રક્ચર્સની રચનાને પ્રોત્સાહન મળે છે.રસપ્રદ રીતે, જ્યારે કટઓફ દબાવવામાં આવે છે ત્યારે પ્રવાહી ચેનલની અસ્તવ્યસ્ત ઓસીલેટરી ગતિ ચોક્કસ અંશની ગોઠવણી સાથે દ્વિ-પરિમાણીય માળખું બનાવે છે (ફિગ. 2b).જો કે, આ ગોઠવણી બોન્ડની સ્થિર વૃદ્ધિનું પરિણામ નથી.3D માં, અસ્થિર ઘૂંસપેંઠ બિન-સમાક્ષીય જોડાયેલ દ્વિઅખંડ માળખું બનાવે છે (ફિગ. 1b).
Cu70Ti30 (a) અને Cu70Ag30 (b) ના 2D તબક્કાના ફિલ્ડ સિમ્યુલેશનના સ્નેપશોટ, Ta15Ti85 એલોયમાં રિમેલ્ટ થાય છે જે અસ્થિર પ્રસરણ-કમ્પલ્ડ વૃદ્ધિને દર્શાવે છે.ફ્લેટ સોલિડ/લિક્વિડ ઈન્ટરફેસની પ્રારંભિક સ્થિતિથી માપવામાં આવેલી વિવિધ અશુદ્ધિ દૂર કરવાની ઊંડાઈ દર્શાવતા ચિત્રો.ઇન્સેટ્સ પ્રવાહી ચૅનલ અથડામણની વિવિધ પ્રણાલીઓ દર્શાવે છે, જે અનુક્રમે ઘન બાઈન્ડરની ટુકડી અને Cu70Ti30 અને Cu70Ag30 પીગળવાની જાળવણી તરફ દોરી જાય છે.Cu70Ti30 ની ડોમેન પહોળાઈ 1024 nm છે, Cu70Ag30 384 nm છે.રંગીન બેન્ડ Ta એકાગ્રતા સૂચવે છે, અને વિવિધ રંગો પ્રવાહી પ્રદેશ (ઘેરો વાદળી), બેઝ એલોય (આછો વાદળી) અને અસંબંધિત માળખું (લગભગ લાલ) વચ્ચેનો તફાવત દર્શાવે છે.આ સિમ્યુલેશનની મૂવીઝ સપ્લિમેન્ટલ મૂવીઝ 2 અને 3 માં દર્શાવવામાં આવી છે, જે અસ્થિર પ્રસરણ-કમ્પલ્ડ વૃદ્ધિ દરમિયાન પ્રવાહી ચેનલોમાં પ્રવેશતા જટિલ માર્ગોને પ્રકાશિત કરે છે.
2D તબક્કા ફીલ્ડ સિમ્યુલેશનના અન્ય પરિણામો Fig.3 માં બતાવવામાં આવ્યા છે.અંજીરમાં સમય (V ની બરાબર ઢાળ) વિરુદ્ધ ડિલેમિનેશન ઊંડાઈનો ગ્રાફ.3a દર્શાવે છે કે ક્યુ મેલ્ટમાં Ti અથવા Agનો ઉમેરો અપેક્ષિત પ્રમાણે, વિભાજન ગતિશાસ્ત્રને ધીમો પાડે છે.અંજીર પર.3b દર્શાવે છે કે આ મંદી સોંપેલ સ્તરની અંદર પ્રવાહીમાં Ti સાંદ્રતા ઢાળમાં ઘટાડો થવાને કારણે થાય છે.તે એ પણ દર્શાવે છે કે Ti(Ag) ના ઉમેરાથી ઈન્ટરફેસ (\({c}_{{{{{{{\rm{Ti))))))ની પ્રવાહી બાજુ પર Ti ની સાંદ્રતા વધે છે (ઘટાડે છે). ))) ^{l \) ), જે Ta ના લિકેજ તરફ દોરી જાય છે, સમયના કાર્ય (ફિગ. 3c) તરીકે ઓગળેલા Ta ના અપૂર્ણાંક દ્વારા માપવામાં આવે છે, જે Ti(Ag) ના ઉમેરા સાથે વધે છે (ઘટે છે). ).આકૃતિ 3d બતાવે છે કે બંને દ્રાવ્ય માટે, ઘન પદાર્થોનો વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક દ્વિઅખંડ ટોપોલોજીકલી સંબંધિત માળખાંની રચના માટે થ્રેશોલ્ડથી ઉપર રહે છે28,29,30.જ્યારે મેલ્ટમાં Ti ઉમેરવાથી Ta ના લિકેજમાં વધારો થાય છે, તે તબક્કાના સંતુલનને કારણે ઘન બાઈન્ડરમાં Ti ની જાળવણીમાં પણ વધારો કરે છે, જેનાથી અશુદ્ધિઓ વિના બંધારણની સુસંગતતા જાળવવા માટે વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક વધે છે.અમારી ગણતરીઓ સામાન્ય રીતે ડિલેમિનેશન ફ્રન્ટના વોલ્યુમ અપૂર્ણાંકના પ્રાયોગિક માપ સાથે સંમત થાય છે.
Ta15Ti85 એલોયનું તબક્કો ફીલ્ડ સિમ્યુલેશન સમય (a) ના કાર્ય તરીકે એલોય દૂર કરવાની ઊંડાઈથી માપવામાં આવેલા એલોય દૂર કરવાની ગતિશાસ્ત્ર પર Cu મેલ્ટમાં Ti અને Ag ઉમેરાઓની વિવિધ અસરોનું પ્રમાણ આપે છે, પ્રવાહીમાં Ti એકાગ્રતા પ્રોફાઇલ 400 nm ની એલોય દૂર કરવાની ઊંડાઈ (નકારાત્મક ઊંડાઈ એલોય સ્ટ્રક્ચરની બહાર મેલ્ટમાં પહોળી થાય છે (ડાબી બાજુએ એલોય આગળ) b Ta લિકેજ વિરુદ્ધ સમય (c) અને અલોય્ડ સ્ટ્રક્ચરમાં ઘન અપૂર્ણાંક વિરુદ્ધ મેલ્ટ કમ્પોઝિશન (d) વધારાના તત્વોની સાંદ્રતા ઓગળવામાં એબ્સીસા (ડી) સાથે રચાયેલ છે (Ti – લીલી રેખા, Ag – જાંબલી રેખા અને પ્રયોગ).
સમય સાથે ડિલેમિનેશન ફ્રન્ટની ઝડપ ઘટતી હોવાથી, ડિલેમિનેશન દરમિયાન મોર્ફોલોજીની ઉત્ક્રાંતિ ડિલેમિનેશન ઝડપ ઘટાડવાની અસર દર્શાવે છે.અગાઉના તબક્કાના ક્ષેત્રીય અભ્યાસમાં, અમે શુદ્ધ તાંબાના ગલન દ્વારા Ta15Ti85 પૂર્વવર્તી એલોયને દૂર કરવા દરમિયાન સંરેખિત ટોપોલોજીકલી અનબાઉન્ડ માળખામાં પરિણમે યુટેક્ટિક જેવી જોડી વૃદ્ધિનું અવલોકન કર્યું હતું.જો કે, સમાન તબક્કાના ફીલ્ડ સિમ્યુલેશનની લાંબી દોડ દર્શાવે છે (જુઓ પૂરક મૂવી 4) કે જ્યારે વિઘટનની આગળની ગતિ પૂરતી ઓછી થઈ જાય છે, ત્યારે જોડી વૃદ્ધિ અસ્થિર બની જાય છે.અસ્થિરતા ફ્લેક્સની બાજુની રોકિંગમાં પોતાને પ્રગટ કરે છે, જે તેમના સંરેખણને અટકાવે છે અને આમ, ટોપોલોજિકલ રીતે જોડાયેલા માળખાના નિર્માણને પ્રોત્સાહન આપે છે.સ્થિર બાઉન્ડ ગ્રોથથી અસ્થિર રોકિંગ ગ્રોથ તરફનું સંક્રમણ xi = 250 nm ની નજીક 4.7 mm/s ના દરે થાય છે.તેનાથી વિપરિત, Cu70Ti30 મેલ્ટની અનુરૂપ ડિલેમિનેશન ડેપ્થ xi એ જ દરે લગભગ 40 nm છે.તેથી, અમે Cu70Ti30 મેલ્ટ (પૂરક મૂવી 3 જુઓ) સાથે એલોયને દૂર કરતી વખતે આવા પરિવર્તનને અવલોકન કરી શક્યા નથી, કારણ કે મેલ્ટમાં 30% Ti ઉમેરવાથી એલોય દૂર કરવાની ગતિશાસ્ત્ર નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે.છેવટે, ધીમી ડિલેમિનેશન ગતિશાસ્ત્રને કારણે પ્રસરણ-યુગલ વૃદ્ધિ અસ્થિર હોવા છતાં, ડિલેમિનેશન ફ્રન્ટ પર હાર્ડ બોન્ડ્સનું અંતર λ0 આશરે \({\lambda __{0}^{2}V=C\) સ્થિર કાયદાનું પાલન કરે છે. વૃદ્ધિ15,31 જ્યાં C સ્થિર છે.
તબક્કા ફીલ્ડ સિમ્યુલેશનની આગાહીઓ ચકાસવા માટે, એલોય દૂર કરવાના પ્રયોગો મોટા નમૂનાઓ અને લાંબા સમય સુધી એલોય દૂર કરવાના સમય સાથે કરવામાં આવ્યા હતા.આકૃતિ 4a એ એક યોજનાકીય આકૃતિ છે જે સોંપેલ માળખાના મુખ્ય પરિમાણો દર્શાવે છે.ડિલેમિનેશનની કુલ ઊંડાઈ xi ની બરાબર છે, ઘન અને પ્રવાહી તબક્કાઓની પ્રારંભિક સીમાથી ડિલેમિનેશન આગળનું અંતર.hL એ પ્રારંભિક ઘન-પ્રવાહી ઈન્ટરફેસથી એચીંગ કરતા પહેલા સોંપેલ બંધારણની ધાર સુધીનું અંતર છે.મોટી hL મજબૂત Ta લિકેજ સૂચવે છે.ડેલિગેટેડ સેમ્પલની SEM ઈમેજમાંથી, અમે એચીંગ કરતા પહેલા ડેલિગેટ સ્ટ્રક્ચરની સાઈઝ hD માપી શકીએ છીએ.જો કે, ઓરડાના તાપમાને પણ ઓગળવું ઘન બને છે, તેથી બોન્ડ વિના સોંપેલ માળખું જાળવી રાખવું શક્ય છે.તેથી, અમે સંક્રમણ માળખું મેળવવા માટે મેલ્ટ (કોપર રિચ ફેઝ) ને કોતર્યું અને સંક્રમણ માળખાની જાડાઈને માપવા માટે hC નો ઉપયોગ કર્યો.
અશુદ્ધિઓને દૂર કરવા અને ભૌમિતિક પરિમાણોના નિર્ધારણ દરમિયાન મોર્ફોલોજીના ઉત્ક્રાંતિનો એક યોજનાકીય આકૃતિ: લિકેજ સ્તરની જાડાઈ Ta hL, ડિલેમિનેટેડ સ્ટ્રક્ચર hDની જાડાઈ, કનેક્ટિંગ સ્ટ્રક્ચર hCની જાડાઈ.(b) 10 µm
અંજીર માં દર્શાવવામાં આવેલ પ્રતિનિધિ માળખાના ક્રોસ વિભાગો.4b,c પ્રતિનિયુક્ત મિશ્રધાતુના મોર્ફોલોજી અને ગતિશાસ્ત્ર પર ટી અને એજીને ક્યુ મેલ્ટમાં ઉમેરવાની મુખ્ય અનુમાનિત અસરોની પુષ્ટિ કરે છે.અંજીર પર.આકૃતિ 4b એ Ta15T85 એલોયના SEM કટ (ડાબી બાજુએ) ની નીચેનો પ્રદેશ બતાવે છે જે શુદ્ધ તાંબામાં 10 s માટે xi ~ 270 μm ની ઊંડાઈ સુધી નિમજ્જન દ્વારા મિશ્રિત કરવામાં આવે છે.માપી શકાય તેવા પ્રાયોગિક ટાઈમ સ્કેલ પર, જે ફેઝ ફિલ્ડ સિમ્યુલેશન કરતા ઘણા અંશો મોટા છે, ડીકોપલિંગ ફ્રન્ટ વેગ 4.7 mm/s ની ઉપરોક્ત થ્રેશોલ્ડ વેગથી નીચે છે, જેની નીચે સ્થિર યુટેક્ટિક બોન્ડ વૃદ્ધિ અસ્થિર બને છે.તેથી, પીલ ફ્રન્ટની ઉપરનું માળખું ટોપોલોજીકલી સંપૂર્ણ રીતે જોડાયેલું હોવાની અપેક્ષા છે.એચીંગ કરતા પહેલા, બેઝ એલોયનું પાતળું પડ સંપૂર્ણપણે ઓગળી ગયું હતું (hL = 20 μm), જે Ta લિકેજ (કોષ્ટક 1) સાથે સંકળાયેલું હતું.કોપર-સમૃદ્ધ તબક્કા (જમણે) ના રાસાયણિક નકશીકામ પછી, સોંપેલ એલોય (hC = 42 µm) નું માત્ર એક પાતળું પડ રહે છે, જે દર્શાવે છે કે મોટાભાગની સોંપાયેલ રચનાએ એચીંગ દરમિયાન માળખાકીય અખંડિતતા ગુમાવી દીધી હતી અને અપેક્ષા મુજબ, ટોપોલોજીકલી બોન્ડ ન હતી ( ફિગ. 1a)., ત્રીજી પંક્તિમાં સૌથી જમણી બાજુની છબી).અંજીર પર.4c સંપૂર્ણ SEM ક્રોસ સેક્શન અને 200 µm ની ઊંડાઈ સુધી 10 s માટે Cu70Ag30 મેલ્ટમાં નિમજ્જન દ્વારા દૂર કરાયેલ Ta15Ti85 એલોયના એચિંગની 3D છબીઓ દર્શાવે છે.કારણ કે છાલની ઊંડાઈ સૈદ્ધાંતિક રીતે \({x}_{i}(t)=\sqrt{4p{D}_{l}t}\) પ્રસરણ નિયંત્રિત ગતિશાસ્ત્ર (જુઓ પૂરક નોંધ 4) 15 16 સાથે વધવાની આગાહી કરવામાં આવી છે. ક્યુ મેલ્ટમાં 30% Ag ના ઉમેરા સાથે, 270 μm થી 220 μm સુધી વિભાજનની ઊંડાઈમાં ઘટાડો, પેકલેટ નંબર p માં 1.5 ના પરિબળ દ્વારા ઘટાડાને અનુરૂપ છે.Cu/Ag સમૃદ્ધ તબક્કા (જમણે) ના રાસાયણિક નકશીકામ પછી, સમગ્ર સોંપાયેલ માળખું માળખાકીય અખંડિતતા (hC = 200 µm) જાળવી રાખે છે, જે દર્શાવે છે કે તે મૂળભૂત રીતે અનુમાનિત ટોપોલોજીકલી જોડી દ્વિઅખંડ માળખું છે (આકૃતિ 1, જમણી બાજુની છબી) બીજી હરોળ અને સમગ્ર નીચેની પંક્તિ).વિવિધ મેલ્ટ્સમાં ડેલિગેટેડ બેઝ એલોય Ta15T85 ના તમામ માપનો કોષ્ટકમાં સારાંશ આપવામાં આવ્યો છે.1. અમે અમારા નિષ્કર્ષની પુષ્ટિ કરતા, વિવિધ મેલ્ટ્સમાં અલોય્ડ Ta10Ti90 બેઝ એલોય માટે પરિણામો પણ રજૂ કરીએ છીએ.લીકેજ લેયરની જાડાઈ Ta ના માપ દર્શાવે છે કે Cu70Ag30 મેલ્ટ (hL = 0 μm) માં ઓગળેલું માળખું શુદ્ધ Cu મેલ્ટ (hL = 20 μm) કરતાં નાનું છે.તેનાથી વિપરિત, ઓગળવામાં Ti નો ઉમેરો વધુ નબળા એલોય સ્ટ્રક્ચર્સ (hL = 190 μm) ઓગળી જાય છે.શુદ્ધ Cu મેલ્ટ (hL = 250 μm) અને Cu70Ag30 મેલ્ટ (hL = 150 μm) વચ્ચેના ડેલિગેટેડ સ્ટ્રક્ચરના વિસર્જનમાં ઘટાડો Ta10Ti90 પર આધારિત ડેલિગેટેડ એલોય્સમાં વધુ સ્પષ્ટ છે.
વિવિધ મેલ્ટ્સની અસરને સમજવા માટે, અમે આકૃતિ 5 માં પ્રાયોગિક પરિણામોનું વધારાનું માત્રાત્મક વિશ્લેષણ કર્યું (પૂરક ડેટા 1 પણ જુઓ).અંજીર પર.આકૃતિઓ 5a–b શુદ્ધ ક્યુ મેલ્ટ (ફિગ. 5a) અને Cu70Ag30 મેલ્ટ (ફિગ. 5b) માં એક્સ્ફોલિયેશન પ્રયોગોમાં એક્સ્ફોલિયેશનની દિશામાં વિવિધ તત્વોના માપેલ સાંદ્રતા વિતરણ દર્શાવે છે.વિવિધ તત્વોની સાંદ્રતા ઘન બાઈન્ડરમાં ડિલેમિનેશન ફ્રન્ટથી ડેલેમિનેશન લેયરની કિનારી સુધીના અંતર d અને ડિલેમિનેશન સમયે પ્રવાહી (Cu અથવા CuAg માં સમૃદ્ધ) હતો તે તબક્કાની સામે કાવતરું કરવામાં આવે છે.ઇસીડીથી વિપરીત, જ્યાં વિભાજિત તત્વોની જાળવણી વિભાજનના દર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, એલએમડીમાં, ઘન બાઈન્ડરમાં સાંદ્રતા ઘન અને પ્રવાહી તબક્કાઓ વચ્ચેના સ્થાનિક થર્મોડાયનેમિક સંતુલન દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે અને આમ, ઘન અને તેના સહઅસ્તિત્વ ગુણધર્મો. પ્રવાહી તબક્કાઓ.એલોય સ્ટેટ ડાયાગ્રામ.બેઝ એલોયમાંથી Ti ના વિસર્જનને કારણે, ડીલેમિનેશન ફ્રન્ટથી ડેલેમિનેશન લેયરની ધાર સુધી d વધવાની સાથે Ti એકાગ્રતા ઘટે છે.પરિણામે, બંડલ સાથે વધતા d સાથે Ta એકાગ્રતામાં વધારો થયો, જે તબક્કા ફીલ્ડ સિમ્યુલેશન (પૂરક ફિગ. 5) સાથે સુસંગત હતું.Cu70Ag30 મેલ્ટમાં Ti એકાગ્રતા શુદ્ધ ક્યુ મેલ્ટ કરતાં વધુ છીછરી રીતે ઘટે છે, જે ધીમા એલોય દૂર કરવાના દર સાથે સુસંગત છે.ફિગમાં માપેલ સાંદ્રતા પ્રોફાઇલ્સ.5b એ પણ દર્શાવે છે કે પ્રવાહીમાં Ag અને Cu ની સાંદ્રતાનો ગુણોત્તર સોંપેલ એલોયના સ્તર સાથે બરાબર સ્થિર નથી, જ્યારે તબક્કાના ક્ષેત્રના અનુકરણમાં આ ગુણોત્તર મેલ્ટના અનુકરણમાં સ્થિર હોવાનું માનવામાં આવતું હતું. એક સ્યુડો-તત્વ Cu70Ag30.આ જથ્થાત્મક તફાવત હોવા છતાં, તબક્કો ક્ષેત્ર મોડેલ Ta લિકેજને દબાવવા પર Ag ઉમેરવાની મુખ્ય ગુણાત્મક અસરને પકડે છે.નક્કર બાઈન્ડર અને પ્રવાહીમાં તમામ ચાર ઘટકોના સાંદ્રતા ઢાળના સંપૂર્ણ જથ્થાત્મક મોડેલિંગ માટે TaTiCuAg તબક્કાના ડાયાગ્રામના વધુ સચોટ ચાર-ઘટક મોડેલની જરૂર છે, જે આ કાર્યના અવકાશની બહાર છે.
(a) શુદ્ધ ક્યુ મેલ્ટ અને (b) Cu70Ag30 મેલ્ટમાં Ta15Ti85 એલોયના ડિલેમિનેશન ફ્રન્ટથી અંતર d પર આધાર રાખીને માપેલ સાંદ્રતા પ્રોફાઇલ્સ.લિકેજ Ta (ડૅશ લાઇન) વગરના સમીકરણને અનુરૂપ સૈદ્ધાંતિક અનુમાન સાથે સોંપેલ માળખું (ઘન રેખા) ના ઘન ρ(d) ના માપેલ વોલ્યુમ અપૂર્ણાંકની સરખામણી.(1) (c) સમીકરણની આગાહીને ફૂલાવો.(1) ડિલેમિનેશન મોરચે સુધારેલ સમીકરણ.(2) એટલે કે, Ta લિકેજ ગણવામાં આવે છે.સરેરાશ બોન્ડ પહોળાઈ λw અને અંતર λs (d) માપો.ભૂલ બાર પ્રમાણભૂત વિચલનનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.
અંજીર પર.ઘન બાઈન્ડર \({ c }_ {Ta}^{s}(d)\) (ફિગ. 5a,b) અને Ta ના લિકેજ અને વિભાજનની વિવિધ ઊંડાઈ ધરાવતા બોન્ડ વચ્ચે Ta ના પરિવહનને અવગણો.જો Ta નક્કરમાંથી પ્રવાહીમાં બદલાય છે, તો બેઝ એલોયમાં સમાયેલ તમામ Ta ઘન બાઈન્ડરમાં પુનઃવિતરિત થવો જોઈએ.આમ, એલોયને દૂર કરવાની દિશામાં લંબરૂપ રિમોટ સ્ટ્રક્ચરના કોઈપણ સ્તરમાં, દળના સંરક્ષણનો અર્થ એ થાય છે કે \({c}_{Ta}^{s}(d){S}_{s}(d) )={c}_{Ta}^{0}(d){S}_{t}\), જ્યાં \({c}_{Ta}^{s}(d)\) અને \({c }_{Ta }^ {0}\) અનુક્રમે બાઈન્ડર અને મેટ્રિક્સ એલોયમાં d સ્થાન પર Ta સાંદ્રતા છે, અને Ss(d) અને St એ હાર્ડ બાઈન્ડર અને સમગ્ર દૂરસ્થ પ્રદેશના ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તારો છે, અનુક્રમેઆ દૂરસ્થ સ્તરમાં ઘન પદાર્થોના વોલ્યુમ અપૂર્ણાંકની આગાહી કરે છે.
આને વાદળી રેખાને અનુરૂપ \({c}_{Ta}^{s}(d)\) વણાંકોનો ઉપયોગ કરીને સોંપેલ શુદ્ધ Cu અને Cu70Ag30 મેલ્ટની રચના પર સરળતાથી લાગુ કરી શકાય છે.આ અનુમાનો ફિગ. 5c પર મૂકવામાં આવ્યા છે જે દર્શાવે છે કે Ta લિકેજને અવગણવું એ વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક વિતરણનું નબળું અનુમાન છે.લીક-ફ્રી માસ કન્ઝર્વેશન વધતા d સાથે વોલ્યુમ અપૂર્ણાંકમાં એકવિધ ઘટાડાની આગાહી કરે છે, જે ગુણાત્મક રીતે શુદ્ધ Cu ઓગળે છે, પરંતુ Cu70Ag30 ઓગળે છે, જ્યાં ρ(d) ન્યૂનતમ છે.વધુમાં, આ બંને પીગળવા માટે અલગતા આગળના ભાગમાં વોલ્યુમ અપૂર્ણાંકના નોંધપાત્ર અતિશય અંદાજ તરફ દોરી જાય છે.સૌથી નાના માપી શકાય તેવા d ≈ 10 µm માટે, બંને મેલ્ટ માટે અનુમાનિત ρ મૂલ્યો 0.5 કરતાં વધી જાય છે, જ્યારે Cu અને Cu70Ag30 મેલ્ટ માટે માપવામાં આવેલ ρ મૂલ્યો અનુક્રમે 0.3 અને 0.4 કરતાં સહેજ વધારે છે.
Ta લિકેજની મુખ્ય ભૂમિકા પર ભાર મૂકવા માટે, અમે પછી બતાવીએ છીએ કે વિઘટનના આગળના ભાગની નજીકના માપેલા અને અનુમાનિત ρ મૂલ્યો વચ્ચેના જથ્થાત્મક વિસંગતતાને આ લિકેજને સમાવવા માટે અમારા સૈદ્ધાંતિક અનુમાનોને શુદ્ધ કરીને દૂર કરી શકાય છે.આ માટે, ચાલો ઘનમાંથી પ્રવાહીમાં વહેતા Ta અણુઓની કુલ સંખ્યાની ગણતરી કરીએ જ્યારે ક્ષયનો આગળનો ભાગ Δxi = vΔt સમય અંતરાલ Δt Δxi = vΔt માં અંતર પર ખસે છે, જ્યાં \(v={\dot{x) )) _{i }( t )\) – ડિલેમિનેશન રેટ, ઊંડાણ અને સમય જાણીતા સંબંધમાંથી મેળવી શકાય છે \({x}_{i}(t)=\sqrt{4p{D}_{l}t } \) ડીઅરેશન.વિભાજનના આગળના ભાગમાં સમૂહના સંરક્ષણનો સ્થાનિક કાયદો (d ≈ 0) એવો છે કે ΔN = DlglΔtSl/va, જ્યાં gl એ પ્રવાહીમાં Ta અણુઓની સાંદ્રતા ઢાળ છે, va એ એકાગ્રતાને અનુરૂપ અણુ વોલ્યુમ છે જે એક તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. અણુ અપૂર્ણાંક, અને Sl = St − Ss એ ડિલેમિનેશન ફ્રન્ટ પર પ્રવાહી ચેનલનો ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર છે.એકાગ્રતા ઢાળ gl ની ગણતરી એ ધારીને કરી શકાય છે કે Ta અણુઓની સાંદ્રતા ઇન્ટરફેસ પર સ્થિર મૂલ્ય \({c}_{Ta}^{l}\) ધરાવે છે અને એક્સ્ફોલિએટેડ સ્તરની બહારના ગલનમાં ખૂબ જ નાનું છે, જે આપે છે \( {g}_ {l}={c}_{Ta}^{l}/{x}_{i}\) તેથી, \({{\Delta}}N=({{\Delta} { x}_{i} {S}_{l}/{v}_{a}){c}_{Ta}^{l}/(2p)\).જ્યારે આગળનો ભાગ Δxi ના અંતરે જાય છે, ત્યારે ઘન અપૂર્ણાંક બેઝ એલોયમાંથી દૂર કરાયેલ Ta અણુઓની કુલ સંખ્યાની બરાબર હોય છે, \({{\Delta}}{x}_{i}{S}_{t}} c }_{Ta}^ { 0}/{v}_{a}\), પ્રવાહીમાં લીક થતા Ta અણુઓની સંખ્યાના સરવાળા સુધી, ΔN, અને ઘન બાઈન્ડર\({{ \Delta}} } {x}_{i}{S}_{s }{c}_{Ta}^{s}/{v}_{a}\).આ સમીકરણ, ΔN માટે ઉપરોક્ત અભિવ્યક્તિ અને સંબંધો St = Ss + Sl અને ડેલેમિનેશન આગળના તબક્કાઓ સાથે.
Ta અણુઓની શૂન્ય દ્રાવ્યતાની મર્યાદામાં, જે લીક્સની ગેરહાજરીના પ્રારંભિક અનુમાનમાં ઘટાડો કરે છે, \(\rho ={c}_{Ta}^{0}/{c}_{Ta}^{s} \)પ્રવાહી ( \({c }_{Ta}^{l}=0\)).પ્રાયોગિક માપનમાંથી મૂલ્યો \({c}_{Ta}^{l}\લગભગ 0.03\)નો ઉપયોગ કરીને (ફિગ. 5a, b માં બતાવેલ નથી) અને પેકલેટ નંબરો p ≈ 0.26 અને p ≈ 0.17 અને ઘન સાંદ્રતા \ ( {c}_{Ta}^{s}\અંદાજે 0.3\) અને \({c}_{Ta}^{s}\અંદાજે 0.25\) અનુક્રમે Cu અને Cu70Ag30 મેલ્ટ માટે, અમે અનુમાનિત મૂલ્ય મેળવીએ છીએ. મેલ્ટ, ρ ≈ 0.38 અને ρ ≈ 0.39.આ આગાહીઓ માત્રાત્મક રીતે માપ સાથે એકદમ સારા કરારમાં છે.બાકીના તફાવતો (પૂર્વ ક્યુ મેલ્ટ માટે અનુમાનિત 0.38 વિ. માપેલ 0.32 અને Cu70Ag30 મેલ્ટ માટે 0.39 અનુમાનિત વિ. માપેલ 0.43) પ્રવાહીમાં ખૂબ ઓછી Ta સાંદ્રતા માટે વધુ માપની અનિશ્ચિતતા દ્વારા સમજાવી શકાય છે (\( {c }_{Ta }^ {l}\અંદાજે 0.03\)), જે શુદ્ધ તાંબાના ઓગળવામાં થોડો મોટો હોવાની અપેક્ષા છે.
જો કે વર્તમાન પ્રયોગો ચોક્કસ બેઝ એલોય અને મેલ્ટ તત્વો પર કરવામાં આવ્યા હતા, અમે અપેક્ષા રાખીએ છીએ કે આ પ્રયોગોના વિશ્લેષણના પરિણામો સમીકરણો મેળવવામાં મદદ કરશે.(2) અન્ય LMD ડોપિંગ સિસ્ટમ્સ અને અન્ય સંબંધિત પદ્ધતિઓ જેમ કે સોલિડ સ્ટેટ ઇમ્પ્યુરિટી રિમૂવલ (SSD) માટે વ્યાપકપણે લાગુ પડે છે.અત્યાર સુધી, LMD સ્ટ્રક્ચર પર અવિશ્વસનીય તત્વોના લિકેજના પ્રભાવને સંપૂર્ણપણે અવગણવામાં આવ્યો છે.આ મુખ્યત્વે એ હકીકતને કારણે છે કે આ અસર ECDD માં નોંધપાત્ર નથી, અને અત્યાર સુધી તે નિષ્કપટપણે માની લેવામાં આવ્યું છે કે NMD REC જેવું જ છે.જો કે, ઇસીડી અને એલએમડી વચ્ચેનો મુખ્ય તફાવત એ છે કે એલએમડીમાં પ્રવાહીમાં અવિભાજ્ય તત્વોની દ્રાવ્યતા ઘણી વધી જાય છે કારણ કે ઇન્ટરફેસની પ્રવાહી બાજુ પર મિશ્રિત તત્વોની ઊંચી સાંદ્રતાને કારણે (\({c}_{Ti} ^{) l}\)), જે બદલામાં ઇન્ટરફેસની પ્રવાહી બાજુ પર અવિશ્વસનીય તત્વો (\({c}_{Ta}^{l}\)) ની સાંદ્રતામાં વધારો કરે છે અને ઘન સ્થિતિના સમીકરણ દ્વારા અનુમાનિત વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક ઘટાડે છે. .(2) આ સુધારો એ હકીકતને કારણે છે કે LMD દરમિયાન ઘન-પ્રવાહી ઇન્ટરફેસ સ્થાનિક થર્મોડાયનેમિક સંતુલનમાં હોય છે, તેથી ઉચ્ચ \({c}_{Ti}^{l}\) સુધારવામાં મદદ કરે છે \({c} _ {Ta} ^{l}\ એ જ રીતે, ઉચ્ચ \({c}_{Ti}^{s}\) Cu ને સખત બાઈન્ડરમાં સમાવિષ્ટ કરવાની મંજૂરી આપે છે, અને આ બાઈન્ડરોમાં ઘન Cuની સાંદ્રતા લગભગ 10% થી ધીમે ધીમે બદલાય છે. મૂલ્યોમાં ઘટાડો નાના પ્રતિનિધિ સ્તરની ધાર પર નગણ્ય છે (પૂરક ફિગ. 6). તેનાથી વિપરિત, ECD દ્વારા AgAu એલોયમાંથી Ag નું વિદ્યુતરાસાયણિક નિરાકરણ એ બિન-સંતુલન પ્રતિક્રિયા છે જે એયુમાં દ્રાવ્યતામાં વધારો કરતી નથી. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ. SSD સ્ટ્રક્ચરના ડેલિગેટેડ લેયરમાં ઘન પદાર્થોનું અવલોકન કરવામાં આવ્યું હતું, જેનો અર્થ I કે, પ્રતિનિધિમંડળ દરમિયાન ઘન અસ્થિબંધનનું વિસર્જન થાય છે, જે અવિશ્વસનીય તત્વોના લિકેજ સાથે સંકળાયેલું છે.
અને સમીકરણ.(2) Ta લિકેજને કારણે એલોય દૂર કરવાના આગળના ભાગમાં ઘન અપૂર્ણાંકમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થવાની આગાહી કરવા માટે, સમગ્રમાં ઘન અપૂર્ણાંકના વિતરણને સમજવા માટે એલોય દૂર કરવાના પ્રદેશમાં Ta પરિવહનને ધ્યાનમાં લેવું પણ જરૂરી છે. એલોય રિમૂવલ લેયર, જે શુદ્ધ કોપર અને Cu70Ag30 મેલ્ટ સાથે સુસંગત છે.Cu70Ag30 મેલ્ટ (ફિગ. 5c માં લાલ લીટી) માટે, ρ(d) માં ઓછામાં ઓછા અડધા જેટલા પ્રતિનિધિ સ્તર હોય છે.આ ન્યૂનતમ એ હકીકતને કારણે છે કે ડેલિગેટેડ લેયરની ધારની નજીકના હાર્ડ બાઈન્ડરમાં સમાયેલ Ta ની કુલ માત્રા બેઝ એલોય કરતા વધારે છે.એટલે કે, d ≈ 230 μm \({S}_{s}(d){c}_{Ta}^{s}(d)\, > \,{S}_{t}{c}} _ માટે { Ta}^{0}\), અથવા સંપૂર્ણપણે સમકક્ષ, માપેલ ρ(d) = Ss(d)/St ≈ 0.35 એ સમીકરણની આગાહી કરતા ઘણું મોટું છે.(1) કોઈ લિકેજ નથી\({c}_{Ta}^{0}/{c}_{Ta}^{s}(d)\અંદાજે 0.2\).આનો અર્થ એ છે કે બહાર નીકળતા Ta ના ભાગને વિભાજનના આગળના ભાગથી આ આગળથી દૂરના પ્રદેશમાં પરિવહન કરવામાં આવે છે, પ્રવાહીમાં અને ઘન-પ્રવાહી ઇન્ટરફેસ સાથે ફેલાય છે, જ્યાં તેને ફરીથી જમા કરવામાં આવે છે.
આ રીડીપોઝિશન Ta હાર્ડ બાઇન્ડર્સને સમૃદ્ધ બનાવવા માટે Ta લિકેજની વિપરીત અસર ધરાવે છે, અને હાર્ડ અપૂર્ણાંક વિતરણને Ta લિકેજ અને રીડીપોઝિશનના સંતુલન તરીકે ગુણાત્મક રીતે સમજાવી શકાય છે.Cu70Ag30 મેલ્ટ માટે, Ta દ્રાવ્યતા ઘટાડીને Ta લિકેજ ઘટાડવા માટે પ્રવાહીમાં Ag સાંદ્રતા વધતા d (ફિગ. 5b માં બ્રાઉન ડોટેડ લાઇન) સાથે વધે છે, જે ન્યૂનતમ પહોંચ્યા પછી વધતા d સાથે ρ(d) માં વધારો તરફ દોરી જાય છે. .આ સખત બોન્ડના ડિટેચમેન્ટને કારણે ફ્રેગમેન્ટેશનને રોકવા માટે પૂરતો મોટો નક્કર ભાગ જાળવી રાખે છે, જે સમજાવે છે કે શા માટે Cu70Ag30 માં સોંપવામાં આવેલી રચનાઓ એચીંગ પછી માળખાકીય અખંડિતતાને જાળવી રાખે છે.તેનાથી વિપરિત, શુદ્ધ તાંબાના પીગળવા માટે, લિકેજ અને પુનઃસ્થાપન લગભગ એકબીજાને રદ કરે છે, પરિણામે મોટા ભાગના પ્રતિનિધિ સ્તર માટે ફ્રેગમેન્ટેશન થ્રેશોલ્ડની નીચે ઘન પદાર્થોમાં ધીમો ઘટાડો થાય છે, માત્ર એક ખૂબ જ પાતળો સ્તર રહે છે જે તેની સીમાની નજીક માળખાકીય અખંડિતતાને જાળવી રાખે છે. સોંપાયેલ સ્તર.(ફિગ. 4b, કોષ્ટક 1).
અત્યાર સુધી, અમારા વિશ્લેષણો મુખ્યત્વે નક્કર અપૂર્ણાંક પર અવ્યવસ્થિત માધ્યમમાં મિશ્રિત તત્વોના લિકેજના મજબૂત પ્રભાવને સમજાવવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે અને સોંપેલ રચનાઓની ટોપોલોજી.ચાલો હવે ડેલિગેટેડ લેયરની અંદર બાયકોન્ટિનિયમ સ્ટ્રક્ચરના બરછટ પર આ લિકેજની અસર તરફ વળીએ, જે સામાન્ય રીતે ઊંચા પ્રોસેસિંગ તાપમાનને કારણે LMD દરમિયાન થાય છે.આ ECD કરતાં અલગ છે જ્યાં એલોયને દૂર કરતી વખતે કોર્સનિંગ વર્ચ્યુઅલ રીતે અસ્તિત્વમાં નથી, પરંતુ એલોયને દૂર કર્યા પછી ઊંચા તાપમાને એનિલિંગને કારણે થઈ શકે છે.અત્યાર સુધી, એલએમડી દરમિયાન કોર્સનિંગને એવી ધારણા હેઠળ મોડલ કરવામાં આવ્યું છે કે તે ઘન-પ્રવાહી ઇન્ટરફેસ સાથે અવિશ્વસનીય તત્વોના પ્રસારને કારણે થાય છે, જે એનિલેડ નેનોપોરસ ઇસીડી સ્ટ્રક્ચર્સના સપાટીના પ્રસાર-મધ્યસ્થ કોર્સનિંગની જેમ છે.આમ, સ્ટાન્ડર્ડ સ્કેલિંગ કાયદા કેશિલરી એન્લાર્જમેન્ટનો ઉપયોગ કરીને બોન્ડનું કદ મોડલ કરવામાં આવ્યું છે.
જ્યાં tc એ ડિલેમિનેશન લેયરની ઊંડાઈ xi પર ડિલેમિનેશન ફ્રન્ટ પસાર થયા પછી વિતેલા સમય તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે (જ્યાં λ નું પ્રારંભિક મૂલ્ય λ00 છે) ડિલેમિનેશન પ્રયોગના અંત સુધી અને સ્કેલિંગ ઇન્ડેક્સ n = 4 સપાટીને ફેલાવે છે.Eq નો ઉપયોગ સાવધાની સાથે કરવો જોઈએ.(3) પ્રયોગના અંતે અશુદ્ધિઓ વિના અંતિમ બંધારણ માટે λ અને અંતર d ના માપનું અર્થઘટન કરો.આ એ હકીકતને કારણે છે કે ડેલિગેટેડ લેયરની કિનારી પાસેનો પ્રદેશ આગળના ભાગની નજીકના પ્રદેશ કરતાં મોટો થવામાં વધુ સમય લે છે.આ વધારાના સમીકરણો સાથે કરી શકાય છે.(3) tc અને d સાથે વાતચીત.સમયના કાર્ય તરીકે એલોયને દૂર કરવાની ઊંડાઈની આગાહી કરીને આ સંબંધ સરળતાથી મેળવી શકાય છે, \({x}_{i}(t)=\sqrt{4p{D}_{l}t}\), જે tc(d ) = te − tf(d) આપે છે, જ્યાં te એ સમગ્ર પ્રયોગનો સમયગાળો છે, \({t}_{f}(d)={(\sqrt{4p{D}_{l}) {t}_{ e } }-d)}^{2}/(4p{D}_{l})\) એ ડેલેમિનેશન ફ્રન્ટ માટે અંતિમ ડિલેમિનેશન ડેપ્થ માઇનસ d જેટલી ઊંડાઈ સુધી પહોંચવાનો સમય છે.સમીકરણમાં tc(d) માટે આ અભિવ્યક્તિને પ્લગ કરો.(3) λ(d) ની આગાહી કરો (વધારાની નોંધ 5 જુઓ).
આ આગાહીને ચકાસવા માટે, અમે શુદ્ધ Cu અને Cu70Ag30 મેલ્ટ્સ માટે પૂરક આકૃતિ 9 માં દર્શાવવામાં આવેલા ડેલિગેટ સ્ટ્રક્ચર્સના સંપૂર્ણ ક્રોસ સેક્શન પર બંડલ વચ્ચેની પહોળાઈ અને અંતરનું માપન કર્યું.ડિલેમિનેશન ફ્રન્ટથી જુદા જુદા અંતરે ડીલેમિનેશન દિશા તરફ લંબરૂપ રેખા સ્કેનથી, અમે Ta-સમૃદ્ધ બંડલ્સની સરેરાશ પહોળાઈ λw(d) અને બંડલ વચ્ચેનું સરેરાશ અંતર λs(d) મેળવ્યું.આ માપન ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે.5d અને સમીકરણની આગાહીઓ સાથે સરખામણી.(3) n ના વિવિધ મૂલ્યો માટે પૂરક આકૃતિ 10 માં.સરખામણી દર્શાવે છે કે n = 4 નું સપાટી પ્રસરણ અનુક્રમણિકા નબળી આગાહીઓ આપે છે.બલ્ક ડિફ્યુઝન-મેડિયેટેડ કેશિલરી કોર્સનિંગ માટે n = 3 પસંદ કરીને આ આગાહી નોંધપાત્ર રીતે સુધારી શકાતી નથી, જે પ્રવાહીમાં Ta લિકેજને કારણે વધુ સારી રીતે ફિટ થવાની અપેક્ષા રાખી શકે છે.
સિદ્ધાંત અને પ્રયોગ વચ્ચેની આ માત્રાત્મક વિસંગતતા આશ્ચર્યજનક નથી, કારણ કે Eq.(3) સતત વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક ρ પર કેશિલરી કોર્સનિંગનું વર્ણન કરે છે, જ્યારે LMD પર ઘન અપૂર્ણાંક ρ સ્થિર નથી.ρ એલોય દૂર કરવાના અંતે દૂર કરેલા સ્તરની અંદર અવકાશી રીતે બદલાય છે, જેમ કે ફિગમાં બતાવ્યા પ્રમાણે.5c.અશુદ્ધિઓને દૂર કરવાની નિશ્ચિત ઊંડાઈ પર ρ પણ સમય સાથે બદલાય છે, દૂર કરવાના આગળના મૂલ્યથી (જે લગભગ સમય પ્રમાણે સ્થિર હોય છે અને આમ tf અને d થી સ્વતંત્ર હોય છે) થી ફિગમાં બતાવેલ ρ(d) ના માપેલા મૂલ્ય સુધી. છેલ્લા સમયને અનુરૂપ 5c.અંજીરમાંથી.3d, એવો અંદાજ લગાવી શકાય છે કે AgCu અને શુદ્ધ Cu પીગળવા માટે ક્ષયની આગળની કિંમતો અનુક્રમે 0.4 અને 0.35 જેટલી છે, જે તમામ કિસ્સાઓમાં તે સમયે ρ ના અંતિમ મૂલ્ય કરતાં વધારે છે.એ નોંધવું અગત્યનું છે કે નિશ્ચિત d પર સમય સાથે ρ માં ઘટાડો એ પ્રવાહીમાં મિશ્રિત તત્વ (Ti) ના સાંદ્રતા ઢાળની હાજરીનું સીધુ પરિણામ છે.પ્રવાહીમાં Ti ની સાંદ્રતા વધતા d સાથે ઘટતી હોવાથી, ઘન પદાર્થોમાં Ti ની સંતુલન સાંદ્રતા પણ d નું ઘટતું કાર્ય છે, જે ઘન બાઈન્ડરમાંથી Ti ના વિસર્જન તરફ દોરી જાય છે અને સમય જતાં ઘન અપૂર્ણાંકમાં ઘટાડો થાય છે.ρ માં ટેમ્પોરલ ફેરફાર પણ Ta ના લીકેજ અને રીડીપોઝિશન દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે.આમ, વિસર્જન અને પુનઃપ્રાપ્તિની વધારાની અસરોને લીધે, અમે અપેક્ષા રાખીએ છીએ કે LMD દરમિયાન બરછટ થવું, એક નિયમ તરીકે, બિન-સતત વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક પર થશે, જે કેશિલરી કોર્સનિંગ ઉપરાંત માળખાકીય ઉત્ક્રાંતિ તરફ દોરી જશે, પરંતુ પ્રસારને કારણે પણ પ્રવાહી અને માત્ર નક્કર-પ્રવાહીની સીમા સાથે જ નહીં.
સમીકરણ તથ્યો.(3) 3 ≤ n ≤ 4 માટે બોન્ડની પહોળાઈ અને અંતર માપન પ્રમાણિત નથી (પૂરક ફિગ. 10), સૂચવે છે કે ઇન્ટરફેસ ઘટાડાને કારણે વિસર્જન અને પુનઃસ્થાપન વર્તમાન પ્રયોગમાં પ્રબળ ભૂમિકા ભજવે છે.કેશિલરી કોર્સનિંગ માટે, λw અને λs ની d પર સમાન અવલંબન હોવાની અપેક્ષા છે, જ્યારે ફિગ. 5d બતાવે છે કે શુદ્ધ Cu અને Cu70Ag30 પીગળવા માટે λw કરતાં λs d સાથે ખૂબ ઝડપથી વધે છે.આ માપને જથ્થાત્મક રીતે સમજાવવા માટે વિસર્જન અને પુનઃસ્થાપનને ધ્યાનમાં લેતી બરછટ થિયરી ધ્યાનમાં લેવી આવશ્યક છે, જ્યારે આ તફાવત ગુણાત્મક રીતે અપેક્ષિત છે, કારણ કે નાના બોન્ડ્સનું સંપૂર્ણ વિસર્જન બોન્ડ્સ વચ્ચેના અંતરમાં વધારો કરવામાં ફાળો આપે છે.વધુમાં, Cu70Ag30 મેલ્ટના λs એ એલોય વિના સ્તરની કિનારે તેના મહત્તમ મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે, પરંતુ હકીકત એ છે કે શુદ્ધ તાંબાના λs એકવિધ રીતે વધતા રહે છે તે પ્રવાહીમાં Ag સાંદ્રતામાં વધારો દ્વારા સમજાવી શકાય છે, જ્યાં d નો ઉપયોગ આકૃતિ 5c નોનમોનોટોનિક વર્તનમાં ρ(d) ને સમજાવવા માટે થાય છે.d સાથે Ag સાંદ્રતામાં વધારો Ta લિકેજ અને બાઈન્ડર વિસર્જનને દબાવી દે છે, જે મહત્તમ મૂલ્ય સુધી પહોંચ્યા પછી λs માં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે.
છેલ્લે, નોંધ કરો કે સતત વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક પર રુધિરકેશિકાઓના કોર્સનિંગના કોમ્પ્યુટર અભ્યાસો દર્શાવે છે કે જ્યારે વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક આશરે 0.329.30 ના થ્રેશોલ્ડથી નીચે આવે છે, ત્યારે માળખું કોર્સનિંગ દરમિયાન તૂટી જાય છે.વ્યવહારમાં, આ થ્રેશોલ્ડ થોડો ઓછો હોઈ શકે છે કારણ કે ફ્રેગમેન્ટેશન અને સહવર્તી જીનસ ઘટાડો આ પ્રયોગમાં કુલ એલોય દૂર કરવાના સમયની તુલનામાં અથવા તેનાથી વધુ સમયના સ્કેલ પર થાય છે.હકીકત એ છે કે Cu70Ag30 માં સોંપાયેલ માળખાં ઓગળે છે, તેમ છતાં ρ(d) d ની સરેરાશ શ્રેણીમાં 0.3 થી સહેજ નીચે હોવા છતાં તેમની માળખાકીય અખંડિતતા જાળવી રાખે છે તે દર્શાવે છે કે ફ્રેગમેન્ટેશન, જો કોઈ હોય તો, માત્ર આંશિક રીતે થાય છે.ફ્રેગમેન્ટેશન માટે વોલ્યુમ અપૂર્ણાંક થ્રેશોલ્ડ પણ વિસર્જન અને પુનઃપ્રાપ્તિ પર આધાર રાખે છે.
આ અભ્યાસ બે મુખ્ય તારણો દોરે છે.પ્રથમ, અને વધુ વ્યવહારિક રીતે, LMD દ્વારા ઉત્પાદિત ડેલિગેટેડ સ્ટ્રક્ચર્સની ટોપોલોજીને મેલ્ટ પસંદ કરીને નિયંત્રિત કરી શકાય છે.મેલ્ટમાં AXB1-X બેઝ એલોયના અવિશ્વસનીય તત્વ A ની દ્રાવ્યતા ઘટાડવા માટે મેલ્ટ પસંદ કરીને, મર્યાદિત હોવા છતાં, એક ઉચ્ચ સોંપાયેલ માળખું બનાવી શકાય છે જે ફ્લોર તત્વ X અને માળખાકીય અખંડિતતાની ઓછી સાંદ્રતા પર પણ તેની સુસંગતતા જાળવી રાખે છે. .તે અગાઉ જાણીતું હતું કે આ ECD25 માટે શક્ય છે, પરંતુ LMD માટે નહીં.બીજું નિષ્કર્ષ, જે વધુ મૂળભૂત છે, એ છે કે શા માટે LMD માં માળખાકીય અખંડિતતાને પ્રતિનિધિ માધ્યમમાં ફેરફાર કરીને સાચવી શકાય છે, જે પોતે જ રસપ્રદ છે અને શુદ્ધ Cu અને CuAg માં ઓગળે છે, પરંતુ તેમાં પણ આપણા TaTi એલોયના અવલોકનો સમજાવી શકે છે. વધુ સામાન્ય રીતે ECD અને LMD વચ્ચે મહત્વના, અગાઉ ઓછો અંદાજ કરાયેલ તફાવતોને સ્પષ્ટ કરવા માટે.
ECD માં, અશુદ્ધિ દૂર કરવાના દરને X નીચા સ્તરે રાખીને બંધારણની સુસંગતતા જાળવવામાં આવે છે, જે સમયાંતરે એક નિશ્ચિત પ્રેરક બળ માટે સ્થિર રહે છે, જે જાળવવા માટે અશુદ્ધિ દૂર કરતી વખતે નક્કર બાઈન્ડરમાં પર્યાપ્ત મિશ્રિત તત્વ B રાખવા માટે તેટલું નાનું હોય છે. ઘન વોલ્યુમ.ρ અપૂર્ણાંક ફ્રેગમેન્ટેશનને રોકવા માટે પૂરતો મોટો છે25.LMD માં, એલોય દૂર કરવાનો દર \(d{x}_{i}(t)/dt=\sqrt{p{D}_{l}/t}\) પ્રસરણ મર્યાદિત ગતિશાસ્ત્રને કારણે સમય સાથે ઘટે છે.આમ, મેલ્ટ કમ્પોઝિશનના પ્રકારને ધ્યાનમાં લીધા વિના જે ફક્ત પેકલેટ નંબર p ને અસર કરે છે, ડિલેમિનેશન દર ઝડપથી ઘન બાઈન્ડરમાં B ની પૂરતી માત્રા જાળવી રાખવા માટે પૂરતા નાના મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે, જે એ હકીકતમાં સીધું પ્રતિબિંબિત થાય છે કે ડિલેમિનેશન સમયે ρ આગળનો ભાગ સમય સાથે લગભગ સ્થિર રહે છે.હકીકત અને ફ્રેગમેન્ટેશન થ્રેશોલ્ડની ઉપર.ફેઝ ફિલ્ડ સિમ્યુલેશન દ્વારા દર્શાવ્યા પ્રમાણે, છાલનો દર પણ ઝડપથી યુટેક્ટિક બોન્ડના વિકાસને અસ્થિર કરવા માટે એટલા નાના મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે, જેનાથી લેમેલીની લેટરલ રોકિંગ ગતિને કારણે ટોપોલોજીકલી બોન્ડેડ સ્ટ્રક્ચર્સની રચના કરવામાં મદદ મળે છે.આમ, ECD અને LMD વચ્ચેનો મુખ્ય મૂળભૂત તફાવત ડિલેમિનેશન દરને બદલે વિભાજન અને ρ પછી સ્તરની આંતરિક રચના દ્વારા ડિલેમિનેશન ફ્રન્ટના ઉત્ક્રાંતિમાં રહેલો છે.
ECD માં, ρ અને કનેક્ટિવિટી સમગ્ર રિમોટ લેયરમાં સ્થિર રહે છે.LMD માં, તેનાથી વિપરિત, બંને એક સ્તરની અંદર અલગ અલગ હોય છે, જે આ અભ્યાસમાં સ્પષ્ટ રીતે દર્શાવવામાં આવ્યું છે, જે LMD દ્વારા બનાવેલ ડેલિગેટેડ સ્ટ્રક્ચર્સની સમગ્ર ઊંડાઈમાં ρ ની અણુ સાંદ્રતા અને વિતરણને નકશા કરે છે.આ પરિવર્તનના બે કારણો છે.પ્રથમ, શૂન્ય દ્રાવ્યતા મર્યાદા A પર પણ, પ્રવાહીમાં સાંદ્રતા ઢાળ B, જે DZE માં ગેરહાજર છે, ઘન બાઈન્ડરમાં એક સાંદ્રતા ઢાળ A પ્રેરિત કરે છે, જે પ્રવાહી સાથે રાસાયણિક સંતુલનમાં છે.ઢાળ A, બદલામાં, અશુદ્ધિઓ વિના સ્તરની અંદર એક ઢાળ ρ પ્રેરિત કરે છે.બીજું, બિન-શૂન્ય દ્રાવ્યતાને કારણે પ્રવાહીમાં A નું લિકેજ આ સ્તરની અંદર ρ ની અવકાશી ભિન્નતાને વધુ મોડ્યુલેટ કરે છે, જેમાં ઘટાડી દ્રાવ્યતા કનેક્ટિવિટી જાળવવા માટે ρ ને વધુ અને વધુ અવકાશી રીતે સમાન રાખવામાં મદદ કરે છે.
છેલ્લે, LMD દરમિયાન ડેલિગેટેડ લેયરની અંદર બોન્ડના કદ અને કનેક્ટિવિટીનું ઉત્ક્રાંતિ સપાટી પ્રસરણ-મર્યાદિત કેશિલરી કોર્સનિંગ કરતાં વધુ જટિલ છે, જેમ કે અગાઉ એનિલેડ નેનોપોરસ ઇસીડી સ્ટ્રક્ચર્સના કોર્સનિંગ સાથે સમાનતા દ્વારા માનવામાં આવતું હતું.અહીં બતાવ્યા પ્રમાણે, LMD માં કોર્સનિંગ અવકાશી રીતે બદલાતા ઘન અપૂર્ણાંકમાં થાય છે અને સામાન્ય રીતે ડિલેમિનેશન ફ્રન્ટથી અસંબંધિત સ્તરની ધાર સુધી પ્રવાહી અવસ્થામાં A અને B ના પ્રસરણ સ્થાનાંતરણ દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે.સપાટી અથવા જથ્થાબંધ પ્રસરણ દ્વારા મર્યાદિત કેશિલરી કોર્સનિંગ માટેના સ્કેલિંગ કાયદાઓ પ્રતિનિધિ સ્તરની અંદર બંડલ્સ વચ્ચેની પહોળાઈ અને અંતરમાં ફેરફારોને માપી શકતા નથી, એમ ધારી રહ્યા છીએ કે પ્રવાહી એકાગ્રતા ગ્રેડિએન્ટ્સ સાથે સંકળાયેલ A અને B પરિવહન સમાન અથવા સમાન ભૂમિકા ભજવે છે.ઇન્ટરફેસનો વિસ્તાર ઘટાડવા કરતાં વધુ મહત્વપૂર્ણ.એક સિદ્ધાંતનો વિકાસ જે આ વિવિધ પ્રભાવોને ધ્યાનમાં લે છે તે ભવિષ્ય માટે એક મહત્વપૂર્ણ સંભાવના છે.
45 kW એમ્બ્રેલ એકોહીટ ES ઇન્ડક્શન પાવર સપ્લાય અને વોટર-કૂલ્ડ કોપર ક્રુસિબલનો ઉપયોગ કરીને Arcast, Inc (Oxford, Maine) પાસેથી ટાઇટેનિયમ-ટેન્ટેલમ બાઈનરી એલોય ખરીદવામાં આવ્યા હતા.ઘણી ગરમી પછી, એકરૂપીકરણ અને અનાજની વૃદ્ધિ હાંસલ કરવા માટે ગલનબિંદુના 200° સે.ની અંદરના તાપમાને દરેક એલોયને 8 કલાક માટે એનલ કરવામાં આવી હતી.આ માસ્ટર ઇન્ગોટમાંથી કાપવામાં આવેલા નમૂનાઓને Ta વાયરમાં સ્પોટ-વેલ્ડ કરવામાં આવ્યા હતા અને રોબોટિક હાથથી સસ્પેન્ડ કરવામાં આવ્યા હતા.40 ગ્રામ Cu (McMaster Carr, 99.99%) ના મિશ્રણને Ag (Kurt J. Lesker, 99.95%) અથવા Ti કણોને ઉચ્ચ શક્તિ પર 4 kW અમેરીથર્મ ઇઝીહીટ ઇન્ડક્શન હીટિંગ સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને સંપૂર્ણ વિસર્જન સુધી ગરમ કરીને મેટલ બાથ તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા.સ્નાનસંપૂર્ણપણે ગરમ ઓગળે છે.શક્તિ ઓછી કરો અને 1240 °C ના પ્રતિક્રિયા તાપમાન પર અડધા કલાક માટે સ્નાનને હલાવવા અને સંતુલિત થવા દો.પછી રોબોટિક હાથ નીચે કરવામાં આવે છે, નમૂનાને પૂર્વનિર્ધારિત સમય માટે સ્નાનમાં ડૂબી જાય છે અને ઠંડક માટે દૂર કરવામાં આવે છે.એલોય બિલેટ અને એલએમડીની તમામ ગરમી ઉચ્ચ શુદ્ધતા આર્ગોન (99.999%) ના વાતાવરણમાં કરવામાં આવી હતી.એલોયને દૂર કર્યા પછી, નમૂનાઓના ક્રોસ વિભાગોને પોલિશ કરવામાં આવ્યા હતા અને ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપી અને સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (SEM, JEOL JSM-6700F) નો ઉપયોગ કરીને તપાસવામાં આવી હતી.SEM માં એનર્જી ડિસ્પર્સિવ એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (EDS) દ્વારા પ્રાથમિક વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું.35% નાઈટ્રિક એસિડ સોલ્યુશન (વિશ્લેષણાત્મક ગ્રેડ, ફ્લુકા) માં નક્કર કોપર-સમૃદ્ધ તબક્કાને ઓગાળીને સોંપવામાં આવેલા નમૂનાઓનું ત્રિ-પરિમાણીય માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર જોવા મળ્યું હતું.
ટર્નરી એલોય 15 ના ડીકોપ્લિંગ તબક્કાના ક્ષેત્રના અગાઉ વિકસિત મોડેલનો ઉપયોગ કરીને સિમ્યુલેશન હાથ ધરવામાં આવ્યું હતું.મોડેલ તબક્કા ક્ષેત્ર ϕ ના ઉત્ક્રાંતિને સંબંધિત છે, જે ઘન અને પ્રવાહી તબક્કાઓ વચ્ચે, એલોયિંગ તત્વોના સાંદ્રતા ક્ષેત્ર ci સાથે તફાવત કરે છે.સિસ્ટમની કુલ મુક્ત ઊર્જા આ રીતે વ્યક્ત કરવામાં આવે છે
જ્યાં f(φ) એ ઘન અને પ્રવાહીને અનુક્રમે φ = 1 અને φ = 0 પર મિનિમા સાથે ડબલ અવરોધ સંભવિત છે, અને fc(φ, c1, c2, c3) એ ઊર્જા ઘનતાનું વર્ણન કરતી વોલ્યુમની સ્વતંત્રતામાં રાસાયણિક યોગદાન છે. થર્મોડાયનેમિક ગુણધર્મો એલોય.TaTi એલોયમાં શુદ્ધ Cu અથવા CuTi ઓગળવાના રીમેલ્ટિંગનું અનુકરણ કરવા માટે, અમે સંદર્ભમાં સમાન fc(φ, c1, c2, c3) અને પરિમાણોનો ઉપયોગ કરીએ છીએ.15. CuAg મેલ્ટ સાથે TaTi એલોયને દૂર કરવા માટે, અમે ક્વાટર્નરી સિસ્ટમ (CuAg) TaTi ને એજી સાંદ્રતાના આધારે વિવિધ પરિમાણો સાથે અસરકારક ટર્નરી સિસ્ટમમાં સરળ બનાવ્યું છે, જે પૂરક નોંધ 2 માં વર્ણવેલ છે. તબક્કા ક્ષેત્ર માટે ઉત્ક્રાંતિ સમીકરણો અને એકાગ્રતા ક્ષેત્ર ફોર્મમાં વેરિઅન્ટ સ્વરૂપમાં પ્રાપ્ત થયું હતું
જ્યાં \({M}_{ij}={M}_{l}(1-\phi){c}_{i}\left({\delta}_{ij}-{c}_{j} \right)\) એ અણુ ગતિશીલતા મેટ્રિક્સ છે, અને Lϕ ઘન-પ્રવાહી ઈન્ટરફેસ પર અણુ જોડાણની ગતિશાસ્ત્રનું સંચાલન કરે છે.
આ અભ્યાસના પરિણામોને સમર્થન આપતો પ્રાયોગિક ડેટા પૂરક ડેટા ફાઇલમાં મળી શકે છે.સિમ્યુલેશન પરિમાણો વધારાની માહિતીમાં આપવામાં આવે છે.વિનંતી પર તમામ ડેટા સંબંધિત લેખકો પાસેથી પણ ઉપલબ્ધ છે.
વિટસ્ટોક એ., ઝેલેસેક ડબલ્યુ., બાઈનર જે., ફ્રેન્ડ એસએમ અને બાઉમર એમ. મિથેનોલના નીચા તાપમાનના પસંદગીયુક્ત ગેસ-ફેઝ ઓક્સિડેટીવ કપલિંગ માટે નેનોપોરસ ગોલ્ડ ઉત્પ્રેરક.વિજ્ઞાન 327, 319–322 (2010).
ઝુગિક, બી. એટ અલ.ડાયનેમિક રિકોમ્બિનેશન નેનોપોરસ ગોલ્ડ-સિલ્વર એલોય ઉત્પ્રેરકની ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિ નક્કી કરે છે.રાષ્ટ્રીય અલ્મા મેટર.16, 558 (2017).
Zeis, R., માથુર, A., Fritz, G., Lee, J. 和 Erlebacher, J. પ્લેટિનમ-કોટેડ નેનોપોરસ સોનું: PEM ઇંધણ કોષો માટે કાર્યક્ષમ લો pt લોડિંગ ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ.જર્નલ #165, 65–72 (2007).
Snyder, J., Fujita, T., Chen, MW અને Erlebacher, J. નેનોપોરસ મેટલ-આયન લિક્વિડ કમ્પોઝિટ ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સમાં ઓક્સિજન ઘટાડો.રાષ્ટ્રીય અલ્મા મેટર.9, 904 (2010).
લેંગ, એક્સ., હિરાતા, એ., ફુજીતા, ટી. અને ચેન, એમ. નેનોપોરસ હાઇબ્રિડ મેટલ/ઓક્સાઇડ ઇલેક્ટ્રોડ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સુપરકેપેસિટર્સ માટે.રાષ્ટ્રીય નેનો ટેકનોલોજી.6, 232 (2011).
કિમ, JW એટ અલ.ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સ માટે છિદ્રાળુ માળખું બનાવવા માટે મેટલ મેલ્ટ સાથે નિયોબિયમના ફ્યુઝનનું ઑપ્ટિમાઇઝેશન.જર્નલ.84, 497–505 (2015).
Bringa, EM વગેરે. શું નેનોપોરસ પદાર્થો કિરણોત્સર્ગ માટે પ્રતિરોધક છે?નેનોલેટ.12, 3351–3355 (2011).