مشاهده زندهٔ شکل‌گیری بلورهای پلاتین در فلز مذاب با فناوری تصویربرداری فوق‌سریع

پژوهشگران دانشگاه University College London (UCL) با همکاری مراکز صنعتی موفق شدند فرآیند کم‌نظیری از جهان نانومواد را ضبط کنند؛ لحظه‌ای که اتم‌های پلاتین از حالت مذاب به ساختار بلوری منظم تبدیل می‌شوند. تا پیش از این، به‌دلیل نقطهٔ ذوب بسیار بالا (حدود (1768^\circ \text{C})) و رفتار پیچیدهٔ اتمی در دماهای گذار فاز، هیچ‌گاه کسی نتوانسته بود این مرحله حیاتی را مستقیماً مشاهده کند. این مشاهده، که بر پایهٔ همکاری میان فیزیکدانان حالت جامد و متخصصان متالورژی صورت پذیرفت، نه تنها یک دستاورد بصری است، بلکه درک ما از سینتیک هسته‌زایی و رشد بلور را در یکی از مهم‌ترین فلزات صنعتی و کاتالیستی عمیق‌تر می‌کند.

اکنون با بهره‌گیری از پرتو ایکس سینکروترون با شدت بالا و فناوری تصویربرداری فوق‌سریع (Ultra-fast Imaging)، جزئیات دقیق این پدیده آشکار شده است. در این آزمایش نوآورانه، محققان از یک روش خاص برای القای انجماد سریع استفاده کردند؛ آنها نمونه‌ای کوچک از پلاتین خالص را با مواد افزودنی (احتمالاً کربیدها یا اکسیدهای خاص) ترکیب کردند تا یک محیط بازتابی و پایدار در دمای فوق‌العاده بالا فراهم شود که امکان نفوذ پرتو ایکس را میسر سازد. دوربین‌های فوق‌سریع، که قادر به ثبت میلیون‌ها فریم در ثانیه (در مقیاس میکروثانیه) هستند، نحوهٔ حرکت، چرخش، و نظم‌گیری اتم‌های پلاتین را در زمان واقعی (Real-Time) ثبت و ذخیره کردند.

نتایج این مشاهدات، فراتر از پیش‌بینی‌های مدل‌های تئوری سنتی بودند. بلورهای پلاتین روندی غیرمنتظره را در پیش گرفتند: آنها ابتدا از هسته‌هایی با نظم موضعی کم (Local Disorder) آغاز شدند که فاقد تقارن کامل بودند. سپس، در یک جهش سریع، این ساختارهای شبه‌منظم به آرایش پایدار مکعبی مرکز پر (Face-Centered Cubic یا FCC) تبدیل شدند. این گذار سریع از حالت بی‌نظم به ساختار FCC مستقیماً مکانیسم کنترل کیفیت و خواص نهایی قطعات فلزی را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

اهمیت این یافته فراتر از حوزهٔ آزمایشگاهی است؛ صنایع بزرگی از تولید مبدل‌های کاتالیستی در خودروها (که پلاتین یک جزء کلیدی است) تا ساخت قطعات مقاوم در برابر حرارت در هوافضا و کاربردهای الکترونیکی پیشرفته، می‌توانند از این دانش برای بهبود کیفیت، کاهش عیوب ساختاری، و بهینه‌سازی بازدهی آلیاژها استفاده کنند. همچنین محققان پیش‌بینی می‌کنند که این فناوری پیشرفتهٔ تصویربرداری، که نیازمند تابش پرتو ایکس با انرژی و تمرکز بالاست، برای بررسی رفتار عناصر دشوار ذوب مانند تنگستن (Tungsten) و ایریدیوم (Iridium) نیز قابل تعمیم است. در نهایت، دستیابی به توانایی مشاهدهٔ مستقیم رشد بلور پلاتین به‌عنوان لحظه‌ای نمادین در علم مواد نوین شناخته شده و مسیر تازه‌ای برای طراحی مواد با کنترل اتمی دقیق و مهندسی دقیق ساختار در مقیاس نانو باز می‌کند.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *