निंदनीय धातु: अलो₃ पतली फ़िल्में खींची जाने पर एक तरल की तरह व्यवहार करती हैं

कमरे के तापमान ( वीडियो ) पर एक एल्यूमिना परत की तरल जैसी सुपरप्लास्टिकता। एक संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (af) के तहत अनुक्रमिक तस्वीरें 2 × 10 ⁻⁶ Torr के ऑक्सीजन आंशिक दबाव के साथ एक माध्यम में तनाव के तहत एक तनाव के सुपर-तनाव और आत्म-चिकित्सा की प्रक्रिया को दर्शाती हैं। ऑक्साइड दो सफेद त्रिकोणीय निशान के बीच फैला हुआ है। पहले फोटो में हरे रंग का तीर स्ट्रेचिंग की दिशा दिखाता है। छवि में (छ) - फोटो (बी) में नारंगी आयत द्वारा इंगित फ़िल्टर्ड और बढ़े हुए क्षेत्र। अंतिम छवि (h) उन आक्साइडों की लंबाई को दर्शाता है जो फोटोग्राफ (a) से दो त्रिकोणीय मार्करों के बीच हैं।

अधिकांश धातुएं, सोने के अपवाद के साथ, पानी की उपस्थिति में हवा में ऑक्सीकरण की जाती हैं। लोहे की सतह पर जंग बनता है, चांदी की सतह पर कलंकित होता है, तांबे या पीतल की सतह पर हरा रंग होता है, आदि। समय के साथ, ये प्राकृतिक रासायनिक प्रक्रियाएं धातु को कमजोर कर सकती हैं, जिससे दरारें या संरचनात्मक क्षति हो सकती है।

लेकिन क्रोमियम ऑक्साइड, सिलिकॉन ऑक्साइड और एल्यूमिना सहित कई विशिष्ट ऑक्साइड ज्ञात हैं। वास्तविकता में ये पदार्थ नष्ट नहीं होते हैं, बल्कि उनकी धातुओं / सेमल की रक्षा करते हैं। सामग्री (क्रोमियम, सिलिकॉन और एल्यूमीनियम) की सतह पर ऑक्साइड की एक पतली परत बनती है, और आगे ऑक्सीकरण नहीं होता है।

वैज्ञानिकों को लंबे समय से संदेह है कि एक पतली ऑक्साइड फिल्म में अद्वितीय गुण हैं। उनसे गलती नहीं हुई थी।

यह इन आक्साइडों का वास्तव में अनोखा और बहुत ही रोचक गुण है, और यह लंबे समय से वैज्ञानिकों के लिए रुचि रखता है। आखिरकार, अगर हम समझते हैं कि मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी की एक प्रेस विज्ञप्ति के अनुसार, इस तरह की फिल्मों का निर्माण कैसे और किन सिद्धांतों से होता है, तो वे एक सुरक्षात्मक कोटिंग के रूप में अधिक प्रभावी ढंग से उपयोग किए जा सकते हैं। अल ₂ ओ ₃ की एक फिल्म पूरी तरह से कसाव प्रदान कर सकती है और एक भी अणु को याद नहीं कर सकती है।

लेकिन इस मामले में, वैज्ञानिकों ने कुछ उपयोगी सामग्री को विकसित करने के लिए कार्य निर्धारित नहीं किया, लेकिन बस अपनी आँखों से देखना चाहते थे कि ये ऑक्साइड्स कौन से अद्वितीय गुण प्रदर्शित करते हैं। दुनिया में पहली बार, एल्यूमीनियम सतह पर एक अल ₂ ओ ₃ फिल्म के व्यवहार के वीडियो रिकॉर्ड किए गए थे।

शूटिंग के लिए, हमने मनमाने गैसों और तरल पदार्थों की उपस्थिति में सतह को लेने के लिए मानक संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (टीईएम) को संशोधित किया, और इसे ठंड वेल्डिंग द्वारा वेल्डेड सबसे पतली एल्यूमीनियम सुइयों की युक्तियों पर केंद्रित किया, अर्थात्, सतहों के प्लास्टिक विरूपण के साथ जुड़ने के लिए दबाव। वेल्डिंग के बाद, सुइयों को एक आक्रामक ऑक्सीजन वातावरण में रखा गया था - और पक्षों को फैलाना शुरू किया। इस प्रकार, सामग्री दोनों तनाव और ऑक्सीकरण से गुजरती है - इसे "तनाव जंग" कहा जाता है, और ऐसी स्थितियों में दरार गठन को देखने के लिए विशेष रूप से दिलचस्प है।


आक्रामक वातावरण में तन्यता एल्यूमिना विरूपण का चित्रण

जैसा कि यह निकला, एल्यूमिना वास्तव में एक तरल की तरह विकृत है, सुपरप्लास्टिक का प्रदर्शन करता है। ऑक्साइड कोटिंग को धातु के विस्तार के साथ ही बढ़ाया जाता है। औसत तन्यता दर पर, ऑक्साइड कोई दरार नहीं बनाता है। नीचे दिया गया वीडियो तनाव जंग की उच्च दर पर दर्ज किया जाता है जब ऑक्साइड "आत्म-चिकित्सा" गुणों को प्रदर्शित करता है, क्षति को भरता है।


एक पतली ऑक्साइड परत एल्यूमीनियम अनाज (बाईं ओर) से ऑक्सीजन (दाईं ओर) को अलग करती है। जैसे ही सामग्री खिंचती है, ऑक्साइड की परत लंबी हो जाती है

"पतली फिल्म विकास या नैनोग्लास समेकन की पारंपरिक प्रक्रिया के विपरीत, हम किसी भी ग्लास-ग्लास जोड़ों या सतह खांचे के बिना नए ऑक्साइड द्वीपों के एक सहज संलयन का निरीक्षण करते हैं, जो बाकी हिस्सों की तुलना में सतह पर कांच के एक त्वरित गतिज काइनेटिक्स को इंगित करता है," वैज्ञानिक कहते हैं।

अल्युमिना इन अद्वितीय गुणों को कमरे के तापमान पर भी प्रदर्शित करता है यदि इसकी फिल्म पर्याप्त रूप से पतली (2-3 नैनोमीटर) है। फिल्म दो बार से ज्यादा खींच पाने में सक्षम है। तकनीकी रूप से, यह सामग्री कांच है, लेकिन एक तरल के गुणों को प्रदर्शित करती है।

वैज्ञानिक लेख 28 फरवरी, 2018 को नैनो लेटर्स (doi: 10.1021 / acs.nanolett.8b00068, pdf ) में प्रकाशित हुआ था।