Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Naggamit ka usa ka bersyon sa browser nga adunay limitado nga suporta sa CSS.Alang sa labing kaayo nga kasinatian, among girekomenda nga mogamit ka usa ka bag-ong browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Dugang pa, aron masiguro ang padayon nga suporta, gipakita namon ang site nga wala’y mga istilo ug JavaScript.
Nagpakita sa usa ka carousel sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon.Gamita ang Kaniadto ug Sunod nga mga buton sa paglihok sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon, o gamita ang mga buton sa slider sa katapusan aron sa paglihok sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon.
Sa milabay nga pipila ka mga tuig, adunay usa ka paspas nga pag-uswag sa mga likido nga metal nga mga haluang metal alang sa paggama sa nano-/meso-kadako nga porous ug composite nga mga istruktura nga adunay mga ultra-dako nga interface alang sa lainlaing mga materyales.Bisan pa, kini nga pamaagi karon adunay duha ka hinungdanon nga mga limitasyon.Una, nagmugna kini og bicontinuous nga mga istruktura nga adunay taas nga pagkahan-ay nga topology alang sa limitado nga hanay sa mga komposisyon sa haluang metal.Ikaduha, ang istruktura adunay mas dako nga gidak-on sa binder tungod sa mahinungdanon nga pagpadako sa panahon sa taas nga temperatura nga pagbulag.Dinhi, gipakita namon sa computation ug experimental nga kini nga mga limitasyon mahimong mabuntog pinaagi sa pagdugang sa usa ka elemento sa metal melts nga nagpasiugda sa high-order nga topology pinaagi sa paglimit sa leakage sa dili masagol nga mga elemento atol sa decoupling.Sunod, gipatin-aw namon kini nga pagpangita pinaagi sa pagpakita nga ang kadaghanan nga pagbalhin sa pagsabwag sa dili matunaw nga mga elemento sa likido nga natunaw kusog nga nakaimpluwensya sa ebolusyon sa solidong fraction ug ang topology sa mga istruktura sa panahon sa pag-flake.Ang mga resulta nagpadayag sa sukaranan nga mga kalainan tali sa mga likido nga metal ug pagtangtang sa kahugawan sa electrochemical, ug nagtukod usab usa ka bag-ong pamaagi alang sa pagkuha sa mga istruktura gikan sa mga likido nga metal nga adunay gihatag nga mga sukat ug topology.
Ang delegasyon nahimong usa ka gamhanan ug daghag gamit nga teknolohiya alang sa paghimo sa nano-/meso-sized nga bukas nga mga pores ug composite nga mga istruktura nga adunay ultra-high interfacial surface para sa nagkalain-laing functional ug structural nga mga materyales sama sa catalysts1,2, fuel cells3,4, electrolytic capacitors5, 6, mga materyales nga makasugakod sa kadaot sa radiation 7, taas nga kapasidad nga baterya nga mga materyales nga adunay dugang nga mekanikal nga kalig-on 8, 9 o mga komposit nga materyales nga adunay maayo kaayo nga mekanikal nga mga kabtangan 10, 11. Sa nagkalain-laing mga porma, ang delegasyon naglakip sa pinili nga pagbungkag sa usa ka elemento sa usa ka una nga wala matukod nga "precursor alloy" sa gawas nga palibot, nga modala ngadto sa pag-organisar pag-usab sa wala matunaw nga mga elemento sa alloying nga adunay dili trivial nga topology, lahi sa topology sa orihinal nga alloy., Komposisyon sa mga sangkap.Bisan tuod ang conventional electrochemical delegation (ECD) nga naggamit sa electrolytes isip ang kalikopan mao ang labing gitun-an hangtod karon, kini nga pamaagi naglimite sa mga sistema sa pagdelegar (sama sa Ag-Au o Ni-Pt) sa mga adunay medyo halangdon nga elemento (Au, Pt) ug adunay igo nga dako nga kalainan sa pagkunhod sa potensyal sa paghatag porosity.Usa ka importante nga lakang sa pagbuntog niini nga limitasyon mao ang bag-o nga pagkaplag pag-usab sa liquid metal alloying method13,14 (LMD), nga naggamit sa mga alloy sa liquid metals (eg, Cu, Ni, Bi, Mg, etc.) uban sa ubang mga elemento sa palibot .(eg TaTi, NbTi, FeCrNi, SiMg, ug uban pa)6,8,10,11,14,15,16,17,18,19.Ang LMD ug ang iyang hard metal alloy removal (SMD) nga variant naglihok sa mas ubos nga temperatura kung ang base metal gahi20,21 nga moresulta sa usa ka composite sa duha o labaw pa nga interpenetrating nga mga hugna human sa kemikal nga etching sa usa ka hugna.Kini nga mga hugna mahimong mausab ngadto sa bukas nga mga pores.mga istruktura.Ang mga pamaagi sa delegasyon gipauswag pa sa bag-o nga pagpaila sa vapor phase delegation (VPD), nga nagpahimulos sa mga kalainan sa presyur sa alisngaw sa solid nga mga elemento aron maporma ang bukas nga nanoporous nga mga istruktura pinaagi sa pinili nga pag-alisngaw sa usa ka elemento22,23.
Sa usa ka kwalitatibo nga lebel, kining tanan nga mga pamaagi sa pagtangtang sa kahugawan nag-ambit sa duha ka importante nga komon nga mga bahin sa usa ka kaugalingon nga organisado nga proseso sa pagtangtang sa kahugawan.Una, kini mao ang pinili nga dissolution sa nahisgutang mga elemento sa alloying (sama sa B sa pinakasimple nga alloy AXB1-X) sa gawas nga palibot.Ang ikaduha, una nga nahibal-an sa pagpayunir nga eksperimento ug teoretikal nga mga pagtuon sa ECD24, mao ang pagsabwag sa wala matunaw nga elemento A ubay sa interface tali sa haluang metal ug sa palibot sa panahon sa pagtangtang sa mga hugaw.Ang pagsabwag makahimo sa pagporma sa atomic-rich nga mga rehiyon pinaagi sa proseso nga susama sa spinodal decay sa bulk alloys, bisag limitado sa interface.Bisan pa niini nga pagkaparehas, lain-laing mga paagi sa pagtangtang sa haluang metal mahimong makamugna og lain-laing mga morpolohiya sa dili klaro nga mga rason18.Samtang ang ECD makamugna og topologically related high-order structures para sa atomic fractions (X) sa wala matunaw nga mga elemento (sama sa Au sa AgAu) kutob sa 5%25, ang computational ug experimental nga mga pagtuon sa LMD nagpakita nga kining daw susama nga pamaagi nagmugna lang og topologically related structures. .Pananglitan, alang sa mas dako nga X, ang nalangkit nga bicontinuous nga estraktura maoy mga 20% sa kaso sa TaTi nga mga haluang nga gibuak sa Cu melts (tan-awa ang Fig. 2 sa ref. 18 alang sa usa ka kilid nga pagtandi sa lain-laing ECD ug LMD nga porma X. ).Kini nga kalainan kay theoretically gipatin-aw sa usa ka diffusion-coupled growth mechanism nga lahi sa interfacial spinodal decomposition ug susama kaayo sa eutectic-coupled growth26.Sa usa ka palibot sa pagtangtang sa kahugawan, ang pagtubo nga giubanan sa pagsabwag nagtugot sa A-rich filament (o mga flakes sa 2D) ug mga kanal nga likido nga puno sa B nga magkauban nga motubo pinaagi sa pagsabwag sa panahon sa pagtangtang sa kahugawan15.Ang pagtubo sa pares mosangpot sa usa ka aligned nga topologically unbound structure sa tunga-tunga nga bahin sa X ug gipugngan sa ubos nga bahin sa X, diin ang wala'y bound nga mga isla nga adunahan sa A phase ang mahimong maporma.Sa mas dako nga X, ang nahugpong nga pagtubo mahimong dili lig-on, nga gipaboran ang pagporma sa hingpit nga nabugkos nga mga istruktura sa 3D nga nagmintinar sa integridad sa istruktura bisan human sa usa ka hugna nga pag-etching.Makaiikag, ang orientational nga istruktura nga gihimo sa LMD17 o SMD20 (Fe80Cr20) XNi1-X nga mga haluang naobserbahan nga eksperimento alang sa X hangtod sa 0.5, nga nagsugyot nga ang pagsabwag-kauban nga pagtubo usa ka ubiquitous nga mekanismo alang sa LMD ug SMD kaysa sa sagad nga sangputanan nga porous nga ECD dili. adunay gipalabi nga istruktura sa pag-align.
Aron mapatin-aw ang hinungdan niini nga kalainan tali sa ECD ug NMD morphology, naghimo kami og phase field simulations ug experimental studies sa NMD sa TaXTi1-X alloys, diin ang dissolution kinetics giusab pinaagi sa pagdugang sa dissolved elements ngadto sa liquid copper.Kami nakahinapos nga bisan tuod ang ECD ug LMD gi-regulate pinaagi sa pinili nga dissolution ug interfacial diffusion, kining duha ka mga proseso adunay importante usab nga mga kalainan nga mahimong mosangpot sa morphological differences18.Una, ang peel kinetics sa ECD kontrolado sa interface nga adunay kanunay nga peel front velocity V12 isip function sa gipadapat nga boltahe.Tinuod kini bisan kung ang usa ka gamay nga tipik sa refractory nga mga partikulo (eg Pt sa Ag-Au) gidugang sa parent alloy, nga nagpahinay sa interfacial fluidity, naglimpyo ug nagpalig-on sa wala'y alloy nga materyal, apan kung dili nagpabilin ang parehas nga morpolohiya 27.Ang topologically coupled structures makuha lamang sa ubos nga X sa ubos nga V, ug ang retensyon sa miscible elements 25 dako aron mamentinar ang solid volume fraction nga igo nga dako aron mapugngan ang pagkabahin sa istruktura.Kini nagsugyot nga ang katulin sa dissolution kalabot sa interfacial diffusion mahimong adunay importante nga papel sa morphological selection.Sa kasukwahi, ang alloy removal kinetics sa usa ka LMD kay kontrolado sa diffusion15,16 ug ang rate mokunhod medyo mas paspas sa panahon \(V \sim \sqrt{{D}_{l}/t}\), diin ang Dl mao ang miscibility element. alang sa fluid diffusion coefficient..
Ikaduha, sa panahon sa ECD, ang solubility sa dili matunaw nga mga elemento sa electrolyte hilabihan ka ubos, mao nga sila mahimo lamang nga magkatag ubay sa alloy-electrolyte interface.Sa kasukwahi, sa LMD, ang "dili matunaw" nga mga elemento (A) sa AXB1-X precursor alloys kasagaran adunay gamay, bisan limitado, matunaw nga solubility.Kini nga gamay nga solubility mahimong mahibal-an gikan sa pag-analisar sa ternary phase diagram sa CuTaTi ternary system nga gipakita sa Supplementary Figure 1. Ang solubility mahimong maihap pinaagi sa pagplano sa usa ka liquidus line versus equilibrium concentrations sa Ta ug Ti sa liquid nga bahin sa interface (\( {c}_{ {{{{{{\rm{Ta))))))}}}} ^{l}\ ) ug \({c}_{{{{({\rm{Ti}} }}}} }^ {l}\), matag usa, sa delegasyon nga temperatura (Supplementary Fig. 1b) solid-liquid interface Ang lokal nga thermodynamic equilibrium gipadayon sa panahon sa pag-alloy, }}}}}}^{l}\) gibana-bana makanunayon ug ang bili niini nalangkit sa X. Ang Supplementary Figure 1b nagpakita nga ang \({c}_{{{{{{{\rm{Ta}}}}} ))}^{l}\) nahulog sa range 10 -3 − 10 ^{l}\) katumbas sa 15.16.Kini nga "leakage" sa dili matunaw nga mga elemento sa haluang metal mahimong makaapekto sa pagporma sa usa ka interfacial nga istruktura sa atubangan sa delamination, sa iyang turno, nga mahimong makatampo sa pagkabungkag ug pag-coarsening sa istruktura tungod sa pagsabwag sa gidaghanon.
Aron sa gilain nga pagtimbang-timbang sa kontribusyon sa (i) ang pagkunhod sa rate sa pagtangtang sa haluang metal V ug (ii) ang pagkunhod rate sa infiltration sa immiscible elemento ngadto sa matunaw, mipadayon kami sa duha ka mga lakang.Una, salamat sa \(V \sim \sqrt{{D}_{l}/t}\), pinaagi sa pagtuon sa morpolohiya nga ebolusyon sa istruktura sa atubangan sa bundle, posible nga matun-an ang epekto sa pagkunhod sa V nga igo.dako nga panahon.Busa, among gisusi kini nga epekto pinaagi sa pagpadagan sa phase field simulations sa mas taas nga mga yugto sa panahon kaysa sa miaging mga pagtuon, nga nagpadayag sa presensya sa topologically uncoupled alignment structures nga naporma sa diffusion-coupled growth sa X15 intermediate.Ikaduha, aron masusi ang epekto sa dili matunaw nga mga elemento sa pagkunhod sa rate sa pagtulo, gidugang namon ang Ti ug Ag sa pagtunaw sa tumbaga aron madugangan ug makunhuran ang rate sa pagtulo, matag usa, ug gitun-an ang sangputanan nga morphology, segregation kinetics, ug pag-apod-apod sa konsentrasyon sa matunaw.gitugyan Cu matunaw pinaagi sa kalkulasyon ug mga eksperimento sa sulod sa gambalay sa haluang metal.Gidugang namon ang mga pagdugang sa Ti gikan sa 10% hangtod 30% sa media aron makuha ang pagtunaw sa Cu.Ang pagdugang sa Ti nagdugang sa konsentrasyon sa Ti sa ngilit sa gitugyan nga layer, nga nagpamenos sa gradient sa konsentrasyon sa Ti sa sulod niini nga layer ug nagpamenos sa rate sa pagkatunaw.Kini usab nagdugang sa Ta's leakage rate pinaagi sa pagdugang sa \({c}_{{{({\rm{Ti}}}}}}}}^{l}\), busa \({c}_{{{{ { {\rm{Ta}}}}}}}}^{l}\) (Supplementary Fig. 1b). ang solubility sa alloying nga mga elemento sa pagtunaw, among gimodelo ang CuAgTaTi quaternary system isip usa ka episyente (CuAg) TaTi ternary system diin ang solubility sa Ti ug Ta nagdepende sa konsentrasyon sa Ag sa CuAg melt (tan-awa ang Note) 2 ug Supplementary Fig. 2–4).Ang pagdugang sa Ag dili makadugang sa konsentrasyon sa Ti sa ngilit sa gitugyan nga istruktura.Bisan pa, tungod kay ang solubility sa Ti sa Ag mas ubos kaysa sa Cu, kini nagpamenos sa \({c}_{{{{{\rm{Ta}}}}}}}}^{l}\) (Supplementary Fig . 1 ) 4b) ug leakage rate Ta.
Ang mga resulta sa phase field simulations nagpakita nga ang gidugtong nga pagtubo mahimong dili lig-on sulod sa igo nga taas nga panahon aron mapalambo ang pagporma sa topologically coupled structures sa decay front.Gipamatud-an namon sa eksperimento kini nga konklusyon pinaagi sa pagpakita nga ang nagpahiping layer sa Ta15T85 nga haluang metal, nga naporma duol sa delamination atubangan sa usa ka ulahi nga yugto sa delamination, nagpabilin nga topologically bonded pagkahuman sa pag-etching sa tumbaga-dato nga hugna.Gisugyot usab sa among mga resulta nga ang rate sa pagtulo adunay lawom nga epekto sa ebolusyon sa morphological tungod sa kadaghanan nga pagsabwag sa transportasyon sa dili matunaw nga mga elemento sa mga likido nga natunaw.Gipakita dinhi nga kini nga epekto, nga wala sa ECD, kusog nga nakaapekto sa mga profile sa konsentrasyon sa lainlaing mga elemento sa gitugyan nga layer, ang tipik sa solidong bahin, ug ang topology sa istruktura sa LMD.
Niini nga seksyon, una namong gipresentar ang mga resulta sa among pagtuon pinaagi sa phase field simulation sa epekto sa pagdugang sa Ti o Ag ngadto sa Cu melts nga miresulta sa lain-laing mga morphologies.Sa fig.Gipakita sa Figure 1 ang mga resulta sa three-dimensional nga pagmodelo sa phase field sa TaXTi1-X alloys nga nakuha gikan sa Cu70Ti30, Cu70Ag30 ug puro nga tumbaga nga natunaw nga adunay ubos nga atomic nga sulod sa dili matunaw nga mga elemento gikan sa 5 ngadto sa 15%.Ang unang duha ka laray nagpakita nga ang pagdugang sa Ti ug Ag nagpasiugda sa pagporma sa topologically bonded structures itandi sa unbound structure sa pure Cu (third row).Bisan pa, ang pagdugang sa Ti, sama sa gipaabut, nagdugang sa pagtagas sa Ta, sa ingon mapugngan ang delamination sa mga mubu nga X alloy (Ta5Ti95 ug Ta10Ti90) ug hinungdan sa daghang pagkabungkag sa exfoliated porous layer sa panahon sa delamination sa Ta15Ti85.Sa kasukwahi, ang pagdugang sa Ag (ikaduha nga laray) nakatampo sa pagporma sa usa ka topologically nga may kalabutan nga istruktura sa tanan nga mga sangkap sa base nga haluang metal nga adunay gamay nga pagkabungkag sa gitugyan nga layer.Ang pagporma sa usa ka bicontinuous nga istruktura dugang nga gihulagway sa Fig.1b, nga nagpakita sa mga hulagway sa delegado nga estraktura nga adunay nagkadako nga giladmon sa delamination gikan sa wala ngadto sa tuo ug usa ka hulagway sa solid-liquid interface sa pinakataas nga giladmon (layo sa tuo nga hulagway).
Ang 3D phase field simulation (128 × 128 × 128 nm3) nga nagpakita sa talagsaong epekto sa pagdugang og solute ngadto sa liquid melt sa kataposang morphology sa delegated alloy.Ang ibabaw nga marka nagpakita sa komposisyon sa parent alloy (TaXTi1-X) ug ang bertikal nga marka nagpakita sa matunaw nga komposisyon sa Cu-based softening medium.Ang mga lugar nga adunay taas nga konsentrasyon sa Ta sa istruktura nga walay mga hugaw gipakita sa brown, ug ang solid-liquid interface gipakita sa asul.b Three-dimensional nga simulation sa phase field sa undoped Ta15Ti85 precursor alloy sa Cu70Ag30 melt (190 × 190 × 190 nm3).Ang unang 3 ka frame nagpakita sa solidong rehiyon sa delegado nga estraktura sa lain-laing delegasyon nga giladmon, ug ang kataposang frame nagpakita lamang sa solid-liquid interface sa pinakataas nga giladmon.Ang salida nga katumbas sa (b) gipakita sa Supplementary Movie 1.
Ang epekto sa pagdugang sa solute dugang nga gisusi sa 2D phase field simulations, nga naghatag og dugang nga impormasyon sa interfacial mode formation sa delamination front ug nagtugot sa pag-access sa mas taas nga gitas-on ug time scales kay sa 3D simulations aron ma-quantify ang delamination kinetics.Sa fig.Ang Figure 2 nagpakita sa mga hulagway sa simulation sa pagtangtang sa Ta15Ti85 precursor alloy pinaagi sa Cu70Ti30 ug Cu70Ag30 melts.Sa duha nga mga kaso, ang pagtubo nga giubanan sa pagsabwag dili kaayo lig-on.Imbis nga molusot sa vertically ngadto sa haluang metal, ang mga tip sa fluid channels molihok nga chaotically sa wala ug tuo sa komplikado kaayo nga mga trajectory sa panahon sa usa ka stable nga proseso sa pagtubo nga nagpasiugda sa aligned structures nga nagpasiugda sa pagporma sa topologically related structures sa 3D space (Fig. 1).Bisan pa, adunay usa ka hinungdanon nga kalainan tali sa mga additives sa Ti ug Ag.Alang sa pagtunaw sa Cu70Ti30 (Fig. 2a), ang pagbangga sa duha ka mga kanal nga likido nagpadulong sa paghiusa sa solid-liquid interface, nga nagpadulong sa pag-extrusion sa mga solid binder nga nakuha sa duha ka mga kanal gikan sa istruktura ug, sa katapusan, sa pagkatunaw. .Sa sukwahi, alang sa Cu70Ag30 matunaw (Fig. 2b), Ta enrichment sa interface tali sa solid ug liquid nga mga hugna magpugong coalescence tungod sa usa ka pagkunhod sa Ta leakage ngadto sa matunaw.Ingon usa ka sangputanan, ang pag-compress sa bugkos sa atubangan sa delamination gipugngan, sa ingon nagpasiugda sa pagporma sa mga istruktura nga nagkonektar.Makapainteres, ang gubot nga oscillatory motion sa liquid channel nagmugna og duha ka dimensyon nga estraktura nga adunay usa ka matang sa pag-align kung ang cutoff gipugngan (Fig. 2b).Bisan pa, kini nga pag-align dili resulta sa usa ka lig-on nga pagtubo sa bugkos.Sa 3D, ang dili lig-on nga pagsulod nagmugna sa usa ka non-coaxial nga konektado nga bicontinuous nga istruktura (Fig. 1b).
Ang mga snapshot sa 2D phase field simulation sa Cu70Ti30 (a) ug Cu70Ag30 (b) natunaw nga natunaw sa Ta15Ti85 nga haluang metal nga nag-ilustrar sa dili lig-on nga diffusion-coupled nga pagtubo.Mga hulagway nga nagpakita sa lain-laing mga giladmon sa pagtangtang sa kahugawan nga gisukod gikan sa inisyal nga posisyon sa flat solid/liquid interface.Gipakita sa mga inset ang lainlaing mga rehimen sa pagbangga sa likido nga channel, nga nagpadulong sa detatsment sa solid binders ug pagpreserbar sa Cu70Ti30 ug Cu70Ag30 nga natunaw, matag usa.Ang gilapdon sa domain sa Cu70Ti30 mao ang 1024 nm, ang Cu70Ag30 mao ang 384 nm.Ang kolor nga banda nagpakita sa konsentrasyon sa Ta, ug ang lain-laing mga kolor nagpalahi tali sa likido nga rehiyon (dark blue), ang base nga haluang metal (light blue), ug ang unalloyed structure (halos pula).Ang mga salida niini nga mga simulation gipakita sa Supplemental Movies 2 ug 3, nga nagpasiugda sa komplikadong mga agianan nga motuhop sa mga liquid channel sa panahon sa dili lig-on nga diffusion-coupled nga pagtubo.
Ang ubang mga resulta sa 2D phase field simulation gipakita sa Fig.3.Graph sa giladmon sa delamination kumpara sa oras (slope nga katumbas sa V) sa fig.Gipakita sa 3a nga ang pagdugang sa Ti o Ag sa pagtunaw sa Cu nagpahinay sa mga kinetics sa pagbulag, sama sa gipaabut.Sa fig.Gipakita sa 3b nga kini nga paghinay tungod sa pagkunhod sa gradient sa konsentrasyon sa Ti sa likido sa sulod sa gitugyan nga layer.Gipakita usab niini nga ang pagdugang sa Ti(Ag) nagdugang (pagminus) sa konsentrasyon sa Ti sa likido nga bahin sa interface (\({c}_{{{{{{\rm{Ti)))))) ))) ^{l \) ), nga modala ngadto sa leakage sa Ta, gisukod sa tipik sa Ta dissolved sa matunaw isip usa ka function sa panahon (Fig. 3c), nga nagdugang (pagkunhod) uban sa pagdugang sa Ti (Ag). ).Ang Figure 3d nagpakita nga alang sa duha ka mga solute, ang gidaghanon nga bahin sa mga solido nagpabilin sa ibabaw sa threshold alang sa pagporma sa bicontinuous topologically related structures28,29,30.Samtang ang pagdugang sa Ti sa pagtunaw nagdugang sa pagtulo sa Ta, kini usab nagdugang sa pagpabilin sa Ti sa solid binder tungod sa phase equilibrium, sa ingon nagdugang ang volume fraction aron mapadayon ang pagkahugpong sa istruktura nga walay mga hugaw.Ang among mga kalkulasyon sa kasagaran mouyon sa mga eksperimento nga pagsukod sa gidaghanon nga tipik sa atubangan sa delamination.
Ang phase field simulation sa Ta15Ti85 alloy nag-ihap sa lain-laing mga epekto sa Ti ug Ag nga mga pagdugang sa Cu melt sa alloy removal kinetics nga gisukod gikan sa alloy removal depth isip function sa oras (a), ang Ti concentration profile sa liquid sa usa ka ang giladmon sa pagtangtang sa haluang metal nga 400 nm (negatibo nga giladmon molapad ngadto sa pagkatunaw sa gawas sa istruktura sa haluang metal (alloy atubangan sa wala) b Ta leakage batok sa oras (c) ug solidong tipik sa dili natunaw nga estraktura kumpara sa natunaw nga komposisyon (d) Ang konsentrasyon sa dugang nga mga elemento sa matunaw giplano sa daplin sa abscissa (d) (Ti - berde nga linya, Ag - purpura linya ug eksperimento).
Tungod kay ang katulin sa delamination atubangan mikunhod sa panahon, ang ebolusyon sa morphology sa panahon sa delamination nagpakita sa epekto sa pagkunhod sa delamination speed.Sa usa ka miaging hugna sa pagtuon sa natad, among naobserbahan ang eutectic-sama nga inubanan nga pagtubo nga miresulta sa pagkahan-ay sa topologically unbound nga mga istruktura sa panahon sa pagtangtang sa Ta15Ti85 precursor alloy pinaagi sa puro nga copper melts15.Bisan pa, ang taas nga pagdagan sa parehas nga hugna nga field simulation show (tan-awa ang Supplementary Movie 4) nga kung ang katulin sa unahan sa pagkadunot mahimong gamay nga igo, ang giuban nga pagtubo mahimong dili lig-on.Ang pagkawalay kalig-on nagpakita sa kaugalingon sa lateral rocking sa mga flakes, nga nagpugong sa ilang pag-align ug, sa ingon, nagpasiugda sa pagporma sa mga istruktura nga konektado sa topologically.Ang transisyon gikan sa stable bound growth ngadto sa unstable rocking growth mahitabo duol sa xi = 250 nm sa gikusgon nga 4.7 mm/s.Sa kasukwahi, ang katugbang nga delamination depth xi sa Cu70Ti30 melt mga 40 nm sa parehas nga rate.Busa, dili namo maobserbahan ang ingon nga pagbag-o kung gitangtang ang haluang metal nga adunay Cu70Ti30 nga natunaw (tan-awa ang Supplementary Movie 3), tungod kay ang pagdugang sa 30% Ti sa pagtunaw hinungdanon nga makunhuran ang mga kinetics sa pagtangtang sa haluang metal.Sa kataposan, bisan tuod dili lig-on ang pag-usbaw sa diffusion-coupled tungod sa hinay nga delamination kinetics, ang gilay-on nga λ0 sa hard bonds sa delamination front halos nagsunod sa \({\lambda }_{0}^{2}V=C\) nga balaod sa stationary pagtubo15,31 diin ang C usa ka makanunayon.
Aron masulayan ang mga panagna sa phase field simulation, ang mga eksperimento sa pagtangtang sa haluang metal gihimo uban ang mas dagkong mga sample ug mas taas nga mga panahon sa pagtangtang sa haluang metal.Ang Figure 4a usa ka schematic diagram nga nagpakita sa mga yawe nga parameter sa gitugyan nga istruktura.Ang kinatibuk-ang giladmon sa delamination katumbas sa xi, ang gilay-on gikan sa inisyal nga utlanan sa solid ug liquid nga mga hugna ngadto sa delamination atubangan.Ang hL mao ang gilay-on gikan sa inisyal nga solid-liquid interface ngadto sa ngilit sa gitugyan nga estraktura sa dili pa mag-etching.Ang usa ka dako nga hL nagpaila sa usa ka kusog nga pagtulo sa Ta.Gikan sa imahe sa SEM sa gitugyan nga sample, mahimo natong sukdon ang gidak-on nga hD sa gitugyan nga istruktura sa dili pa mag-etching.Bisan pa, tungod kay ang pagkatunaw usab nagpalig-on sa temperatura sa kwarto, posible nga mapadayon ang usa ka gitugyan nga istruktura nga wala’y mga gapos.Busa, among gikulit ang pagtunaw (copper rich phase) aron makuha ang transisyon nga istruktura ug gigamit ang hC sa pag-ihap sa gibag-on sa transisyon nga istruktura.
usa ka Schematic diagram sa ebolusyon sa morphology sa panahon sa pagtangtang sa mga hugaw ug ang pagtino sa geometric nga mga parameter: leakage layer gibag-on Ta hL, gibag-on sa delaminated structure hD, gibag-on sa connecting structure hC.(b), (c) Eksperimento nga pag-validate sa mga resulta sa phase field simulation nga nagtandi sa SEM cross section ug 3D etched morphology sa Ta15Ti85 alloy nga giandam gikan sa puro nga Cu(b) ug Cu70Ag30 melts, nga naghatag ug topological bonds nga adunay uniporme nga bond size Structure (c), scale bar 10 µm.
Ang mga cross section sa mga delegado nga istruktura nga gipakita sa fig.4b, c nagpamatuod sa nag-unang gitagna nga mga epekto sa pagdugang sa Ti ug Ag sa Cu natunaw sa morpolohiya ug kinetics sa gitugyan nga haluang metal.Sa fig.Ang Figure 4b nagpakita sa ubos nga rehiyon sa SEM cut (sa wala) sa Ta15T85 alloyed pinaagi sa pagpaunlod sa puro nga tumbaga sulod sa 10 s ngadto sa giladmon nga xi ~ 270 μm.Sa usa ka masukod nga sukod sa panahon sa eksperimento, nga daghang mga order sa magnitude nga mas dako kaysa sa mga simulation sa field sa phase, ang decoupling front velocity ubos kaayo sa nahisgutang threshold velocity nga 4.7 mm/s, sa ubos diin ang stable eutectic bond nga pagtubo mahimong dili lig-on.Busa, ang istruktura sa ibabaw sa panit sa atubangan gilauman nga topologically hingpit nga konektado.Sa wala pa ang etching, usa ka manipis nga layer sa base nga haluang metal hingpit nga natunaw (hL = 20 μm), nga nalangkit sa Ta leakage (Table 1).Human sa chemical etching sa copper-rich phase (tuo), usa na lang ka nipis nga layer sa delegated alloy (hC = 42 µm) ang nagpabilin, nga nagpakita nga kadaghanan sa gitugyan nga estraktura nawad-an sa integridad sa estruktura atol sa pag-etching ug dili, sama sa gipaabot, topologically bonded ( Fig. 1a)., ang pinakatuo nga hulagway sa ikatulo nga laray).Sa fig.Ang 4c nagpakita sa tibuok SEM cross section ug 3D nga mga hulagway sa etching sa Ta15Ti85 alloy nga gikuha pinaagi sa pagpaunlod sa Cu70Ag30 melt sulod sa 10 s ngadto sa giladmon nga mga 200 µm.Tungod kay ang giladmon sa panit gitagna nga motaas sa \({x}_{i}(t)=\sqrt{4p{D}_{l}t}\) diffusion controlled kinetics (tan-awa ang Supplement Note 4) 15 16, Uban sa pagdugang sa 30% Ag sa pagtunaw sa Cu, ang pagkunhod sa giladmon sa pagbulag gikan sa 270 μm hangtod 220 μm katumbas sa pagkunhod sa numero sa Peclet p sa usa ka hinungdan nga 1.5.Human sa kemikal nga etching sa Cu/Ag rich phase (tuo), ang tibuok nga delegado nga estraktura nagpabilin nga structural integrity (hC = 200 µm), nga nagpakita nga kini usa ka gitagna nga topologically coupled bicontinuous structure (Figure 1, rightmost image) ikaduhang laray ug tibuok ubos nga laray).Ang tanan nga mga pagsukod sa gitugyan nga base nga haluang metal Ta15T85 sa lainlaing mga pagtunaw gisumada sa Talaan.1. Gipresentar usab namo ang mga resulta alang sa unalloyed Ta10Ti90 base alloys sa nagkalain-laing mga pagtunaw, nga nagpamatuod sa among mga konklusyon.Ang mga pagsukod sa gibag-on sa leakage layer nga Ta nagpakita nga ang istruktura nga natunaw sa Cu70Ag30 melt (hL = 0 μm) mas gamay kaysa sa puro nga Cu melt (hL = 20 μm).Sa kasukwahi, ang pagdugang sa Ti sa matunaw matunaw sa mas huyang nga mga istruktura nga alloyed (hL = 190 μm).Ang pagkunhod sa dissolution sa delegado nga istruktura tali sa lunsay nga Cu melt (hL = 250 μm) ug ang Cu70Ag30 melt (hL = 150 μm) mas gipahayag sa mga delegado nga mga haluang metal base sa Ta10Ti90.
Aron masabtan ang epekto sa lain-laing natunaw, naghimo kami og dugang nga quantitative analysis sa mga resulta sa eksperimento sa Fig. 5 (tan-awa usab ang Supplementary Data 1).Sa fig.Ang mga numero 5a-b nagpakita sa gisukod nga mga distribusyon sa konsentrasyon sa lain-laing mga elemento sa direksyon sa exfoliation sa exfoliation nga mga eksperimento sa lunsay nga Cu melt (Fig. 5a) ug Cu70Ag30 melt (Fig. 5b).Ang mga konsentrasyon sa lain-laing mga elemento giplano batok sa gilay-on d gikan sa delamination atubangan sa ngilit sa delamination layer sa solid binder ug ang bahin nga liquid (gipalambo sa Cu o CuAg) sa panahon sa delamination.Dili sama sa ECD, diin ang pagpabilin sa mga miscible nga elemento gitino pinaagi sa rate sa pagbulag, sa LMD, ang konsentrasyon sa usa ka solid binder gitino sa lokal nga thermodynamic equilibrium tali sa solid ug liquid nga mga hugna ug, sa ingon, ang coexistence properties sa solid ug mga hugna sa likido.Alloy State Diagram.Tungod sa pagkabungkag sa Ti gikan sa base nga haluang metal, ang konsentrasyon sa Ti mikunhod uban ang pagtaas sa d gikan sa atubangan sa delamination ngadto sa ngilit sa delamination layer.Ingon nga resulta, ang konsentrasyon sa Ta misaka uban sa pagdugang sa d ubay sa bundle, nga nahiuyon sa phase field simulation (Supplementary Fig. 5).Ang konsentrasyon sa Ti sa Cu70Ag30 nga matunaw nahulog nga mas mabaw kaysa sa lunsay nga Cu melt, nga nahiuyon sa mas hinay nga lebel sa pagtangtang sa haluang metal.Ang gisukod nga mga profile sa konsentrasyon sa Fig.Gipakita usab sa 5b nga ang ratio sa mga konsentrasyon sa Ag ug Cu sa likido dili eksakto nga kanunay sa daplin sa layer sa gitugyan nga haluang metal, samtang sa simulation sa phase field kini nga ratio gituohan nga kanunay sa simulation sa matunaw ingon usa ka pseudo-element nga Cu70Ag30.Bisan pa niini nga quantitative nga kalainan, ang phase field model nakakuha sa nag-una nga qualitative nga epekto sa pagdugang sa Ag sa pagsumpo sa Ta leakage.Ang bug-os nga quantitative modeling sa mga gradient sa konsentrasyon sa tanang upat ka elemento sa solid binders ug liquids nagkinahanglan ug mas tukma nga upat ka component nga modelo sa TaTiCuAg phase diagram, nga lapas sa sakup niini nga trabaho.
Gisukod ang mga profile sa konsentrasyon depende sa gilay-on d gikan sa delamination atubangan sa Ta15Ti85 alloy sa (a) puro Cu melt ug (b) Cu70Ag30 melt.Pagtandi sa gisukod nga tipik sa gidaghanon sa mga solido ρ(d) sa delegado nga estraktura (solid nga linya) uban sa theoretical prediction nga katumbas sa equation nga walay leakage Ta (dashed line).(1) (c) Pag-inflate sa panagna sa equation.(1) Ang equation gitul-id sa atubangan sa delamination.(2) Sa ato pa, ang Ta leakage gikonsiderar.Sukda ang kasagaran nga gilapdon sa bond λw ug distansya λs (d).Ang mga error bar nagrepresentar sa standard deviation.
Sa fig.Gitandi sa 5c ang gisukod nga tipik sa gidaghanon sa mga solido ρ(d) (solid line) para sa lunsay nga delegado nga Cu ug Cu70Ag30 nga mga istruktura gikan sa pagtunaw uban sa theoretical prediction (dashed line) nga nakuha gikan sa mass conservation gamit ang gisukod nga konsentrasyon sa Ta sa solid binder \({ c }_ {Ta}^{s}(d)\) (Fig. 5a,b) ug ibaliwala ang pagtulo sa Ta ug ang pagdala sa Ta tali sa mga gapos nga adunay lainlaing giladmon sa pagbulag.Kung ang Ta mausab gikan sa solid ngadto sa likido, ang tanan nga Ta nga anaa sa base alloy kinahanglang iapod-apod pag-usab ngadto sa solid binder.Busa, sa bisan unsang lut-od sa hilit nga istruktura nga patindog sa direksyon sa pagtangtang sa haluang metal, ang pagkonserba sa masa nagpasabot nga \({c}_{Ta}^{s}(d){S}_{s}(d) )={c}_ {Ta}^{0}(d){S}_{t}\), diin \({c}_{Ta}^{s}(d)\) ug \({c Ang }_{Ta }^ {0}\) mao ang mga konsentrasyon sa Ta sa posisyon d sa binder ug matrix alloy, matag usa, ug ang Ss(d) ug St mao ang cross-sectional nga mga dapit sa hard binder ug ang tibuok hilit nga rehiyon, matag usa.Gitagna niini ang gidaghanon nga tipik sa mga solido sa hilit nga layer.
Kini dali nga magamit sa istruktura sa gitugyan nga puro nga Cu ug Cu70Ag30 nga natunaw gamit ang katugbang nga \({c}_{Ta}^{s}(d)\) nga mga kurba nga katumbas sa asul nga linya.Kini nga mga panagna gipatong sa Fig. 5c nga nagpakita nga ang dili pagtagad sa Ta leakage usa ka dili maayo nga prediktor sa volume fraction distribution.Ang pagkonserba sa masa nga wala’y pagtulo nagtagna sa usa ka monotoniko nga pagkunhod sa tipik sa gidaghanon nga adunay pagtaas sa d, nga qualitatively naobserbahan sa puro nga Cu melts, apan dili sa Cu70Ag30 melts, diin ang ρ(d) adunay minimum.Dugang pa, kini modala ngadto sa usa ka mahinungdanon nga overestimation sa gidaghanon fractions sa separation atubangan alang sa duha ka matunaw.Para sa pinakagamay nga masukod nga d ≈ 10 µm, ang gitagna nga ρ values ​​​​sa duha ka melts milapas sa 0.5, samtang ang measured ρ values ​​​​para sa Cu ug Cu70Ag30 melts mas taas og gamay sa 0.3 ug 0.4, sa tinagsa.
Aron mahatagan og gibug-aton ang nag-unang papel sa pagtagas sa Ta, gipakita dayon namo nga ang quantitative discrepancy tali sa gisukod ug gitagna nga ρ values ​​​​duol sa decomposition front mahimong mawagtang pinaagi sa pagpino sa among theoretical predictions aron maapil kini nga leakage.Sa niini nga katuyoan, atong kuwentahon ang kinatibuk-ang gidaghanon sa mga atomo sa Ta nga nagadagayday gikan sa usa ka solid ngadto sa usa ka likido sa diha nga ang pagkadunot atubangan molihok sa usa ka gilay-on Δxi = vΔt sa gilay-on sa panahon Δt Δxi = vΔt, diin \(v={\dot{x )) _{i }( t )\) – delamination rate, giladmon ug oras mahimong makuha gikan sa nailhan nga relasyon \({x}_{i}(t)=\sqrt{4p{D}_{l}t } \) deaeration.Ang lokal nga balaod sa konserbasyon sa masa sa separation front (d ≈ 0) mao nga ang ΔN = DlglΔtSl/va, diin ang gl mao ang gradient sa konsentrasyon sa mga atomo sa Ta sa likido, ang va mao ang atomic volume nga katumbas sa konsentrasyon nga gihubit isip usa ka atomic fraction, ug Sl = St − Ss mao ang cross-sectional area sa liquid channel sa delamination atubangan.Ang konsentrasyon sa gradient gl mahimong kalkulado pinaagi sa paghunahuna nga ang konsentrasyon sa mga atomo sa Ta adunay kanunay nga bili \({c}_{Ta}^{l}\) sa interface ug gamay kaayo sa pagtunaw sa gawas sa exfoliated layer, nga naghatag \( {g}_ {l}={c}_{Ta}^{l}/{x}_{i}\) Busa, \({{\Delta}}N=({{\Delta}} { x}_{i} {S}_{l}/{v}_{a}){c}_{Ta}^{l}/(2p)\).Sa diha nga ang atubangan mobalhin ngadto sa usa ka gilay-on Δxi, ang solid nga tipik katumbas sa kinatibuk-ang gidaghanon sa mga atomo sa Ta nga gikuha gikan sa base nga haluang metal, \({{\Delta}}{x}_{i}{S}_{t} { c }_{Ta}^ { 0}/{v}_{a}\), ngadto sa sumada sa gidaghanon sa Ta atoms nga mitulo ngadto sa likido, ΔN, ug gilakip sa solid binder\({{ \Delta} } {x}_{i}{S}_{s }{c}_{Ta}^{s}/{v}_{a}\).Kini nga equation, uban sa mga ekspresyon sa ibabaw alang sa ΔN ug ang mga relasyon St = Ss + Sl ug mga hugna sa delamination atubangan.
Sa limitasyon sa zero solubility sa Ta atoms, nga mokunhod ngadto sa usa ka sayo nga prediksyon sa pagkawala sa leak, \(\rho ={c}_{Ta}^{0}/{c}_{Ta}^{s} \)likido ( \({c }_{Ta}^{l}=0\)).Gamit ang mga bili \({c}_{Ta}^{l}\mga 0.03\) gikan sa mga eksperimento nga pagsukod (wala gipakita sa Fig. 5a, b) ug Peclet nga numero p ≈ 0.26 ug p ≈ 0.17 ug solido nga konsentrasyon \ ({c}_{Ta}^{s}\gibana-bana nga 0.3\) ug \({c}_{Ta}^{s}\gibana-bana nga 0.25\) alang sa Cu ug Cu70Ag30 melts, matag usa, makuha nato ang gitagna nga bili sa ang matunaw, ρ ≈ 0.38 ug ρ ≈ 0.39.Kini nga mga panagna kay quantitatively sa medyo maayo nga kasabutan sa mga sukod.Ang nahabilin sa mga kalainan (gitagna nga 0.38 kumpara sa gisukod nga 0.32 alang sa lunsay nga Cu melt ug 0.39 nga gitagna kumpara sa gisukod nga 0.43 alang sa Cu70Ag30 nga natunaw) mahimong ipasabut sa labi nga kawalay kasiguruhan sa pagsukod alang sa ubos kaayo nga konsentrasyon sa Ta sa mga likido (\( {c }_{Ta }^ {l}\gibana-bana nga 0.03\)), nga gipaabot nga mas dako og gamay sa puro nga tumbaga nga pagtunaw.
Bisan kung ang karon nga mga eksperimento gihimo sa mga piho nga base nga mga haluang metal ug mga elemento sa pagtunaw, gipaabut namon nga ang mga sangputanan sa pag-analisar sa kini nga mga eksperimento makatabang aron makuha ang mga equation.(2) Kaylap nga paggamit sa ubang mga LMD doping system ug uban pang may kalabutan nga mga pamaagi sama sa Solid State Impurity Removal (SSD).Hangtod karon, ang impluwensya sa pagtulo sa dili masagol nga mga elemento sa istruktura sa LMD hingpit nga gibalewala.Nag-una kini tungod sa kamatuoran nga kini nga epekto dili mahinungdanon sa ECDD, ug sa pagkakaron wala'y pulos nga gituohan nga ang NMD susama sa REC.Bisan pa, ang hinungdan nga kalainan tali sa ECD ug LMD mao nga sa LMD ang solubility sa dili matunaw nga mga elemento sa mga likido labi nga nadugangan tungod sa taas nga konsentrasyon sa mga miscible nga elemento sa likido nga bahin sa interface (\({c}_{Ti} ^{ l}\)), nga sa baylo nagdugang sa konsentrasyon sa dili masagol nga mga elemento (\({c}_{Ta}^{l}\)) sa likido nga bahin sa interface ug gipakunhod ang volume fraction nga gitagna sa solid state equation .(2) Kini nga pag-uswag tungod sa kamatuoran nga ang solid-liquid interface sa panahon sa LMD anaa sa lokal nga thermodynamic equilibrium, taas kaayo nga \({c}_{Ti}^{l}\) makatabang sa pag-uswag \({c} _ {Ta} ^{l}\ Sa susama, ang taas nga \({c}_{Ti}^{s}\) nagtugot sa Cu nga maapil sa gahi nga mga binder, ug ang konsentrasyon sa solid Cu niini nga mga binder managlahi gikan sa mga 10% nga hinay-hinay. mikunhod ngadto sa mga mithi kay wala kaayoy bili sa ngilit sa gamay nga delegado nga layer (Supplementary Fig. 6). Sa kasukwahi, ang electrochemical nga pagtangtang sa Ag gikan sa AgAu alloys pinaagi sa ECD usa ka non-equilibrium nga reaksyon nga dili makadugang sa solubility sa Au sa ang electrolyte.Dugang pa sa LMD, naglaum usab kami nga ang among mga resulta magamit sa solid state drive, diin ang solidong utlanan gilauman nga magpadayon sa lokal nga thermodynamic equilibrium sa panahon sa pagtangtang sa haluang metal.Kini nga pagpaabut gisuportahan sa kamatuoran nga ang pagbag-o sa tipik sa volume sa mga solido sa delegado nga layer sa SSD nga gambalay naobserbahan, nagpasabot nga ako, nga sa panahon sa delegasyon adunay usa ka dissolution sa lig-on nga ligament, nakig-uban sa leakage sa immiscible elemento.
Ug ang equation.(2) Aron matagna ang usa ka hinungdanon nga pagkunhod sa solidong tipik sa atubangan sa pagtangtang sa haluang metal tungod sa pagtulo sa Ta, kinahanglan usab nga tagdon ang transportasyon sa Ta sa rehiyon sa pagtangtang sa haluang metal aron masabtan ang pag-apod-apod sa solidong fraction sa tibuuk. alloy removal layer, nga nahiuyon sa puro nga tumbaga ug Cu70Ag30 nga matunaw.Alang sa pagtunaw sa Cu70Ag30 (pula nga linya sa Fig. 5c), ang ρ (d) adunay labing gamay nga katunga sa gitugyan nga layer.Kini nga minimum tungod sa kamatuoran nga ang kinatibuk-ang kantidad sa Ta nga anaa sa gahi nga binder duol sa ngilit sa gitugyan nga layer mas dako kay sa base nga haluang metal.Sa ato pa, alang sa d ≈ 230 μm \({S}_{s}(d){c}_{Ta}^{s}(d)\, > \,{S}_{t}{c} _ { Ta}^{0}\), o hingpit nga katumbas, ang gisukod nga ρ(d) = Ss(d)/St ≈ 0.35 mas dako kay sa gitagna sa equation.(1) Walay leakage\({c}_{Ta}^{0}/{c}_{Ta}^{s}(d)\approx. 0.2\).Kini nagpasabot nga ang bahin sa maka-eskapo nga Ta gidala gikan sa separation front ngadto sa usa ka rehiyon nga hilit gikan niini nga atubangan, nagsabwag sa liquid ug ubay sa solid-liquid interface, diin kini gi-redeposited.
Kini nga redeposition adunay kaatbang nga epekto sa Ta leakage aron sa pagpalambo sa Ta hard binders, ug ang hard fraction distribution mahimong qualitatively nga ipatin-aw isip balanse sa Ta leakage ug redeposition.Alang sa pagtunaw sa Cu70Ag30, ang konsentrasyon sa Ag sa likido nagdugang uban ang pagtaas sa d (brown nga tuldok nga linya sa Fig. 5b) aron makunhuran ang pagtulo sa Ta pinaagi sa pagkunhod sa solubility sa Ta, nga mosangput sa pagtaas sa ρ (d) nga adunay pagtaas sa d pagkahuman maabot ang minimum .Kini nagmintinar sa usa ka lig-on nga bahin nga igo nga dako aron mapugngan ang pagkabahin tungod sa pagkabulag sa gahi nga bugkos, nga nagpatin-aw ngano nga ang mga istruktura nga gitugyan sa Cu70Ag30 nga natunaw nagpabilin nga integridad sa istruktura pagkahuman sa pag-ukit.Sa kasukwahi, alang sa lunsay nga tumbaga natunaw, leakage ug redeposition hapit kanselahon ang usag usa, nga miresulta sa usa ka hinay nga pagkunhod sa mga solido ubos sa fragmentation threshold alang sa kadaghanan sa gitugyan nga layer, nagbilin lamang sa usa ka nipis kaayo nga layer nga nagpabilin nga integridad sa estruktura duol sa utlanan sa gitugyan nga layer.(Fig. 4b, Talaan 1).
Sa pagkakaron, ang among mga pag-analisar nag-una nga naka-focus sa pagpatin-aw sa kusog nga impluwensya sa pagtulo sa mga miscible nga elemento sa usa ka dislocating medium sa solid fraction ug sa topology sa mga delegado nga istruktura.Atong balikon karon ang epekto niini nga leakage sa coarsening sa bicontinuum structure sulod sa delegated layer, nga kasagaran mahitabo sa panahon sa LMD tungod sa taas nga temperatura sa pagproseso.Lahi kini sa ECD diin halos wala ang coarsening sa panahon sa pagtangtang sa haluang metal, apan mahimong tungod sa annealing sa mas taas nga temperatura human sa pagtangtang sa haluang metal.Sa pagkakaron, ang coarsening sa panahon sa LMD gimodelo ubos sa pangagpas nga kini mahitabo tungod sa pagsabwag sa dili matunaw nga mga elemento ubay sa solid-liquid interface, susama sa surface diffusion-mediated coarsening sa annealed nanoporous ECD structures.Busa, ang gidak-on sa bono gimodelo gamit ang standard scaling nga mga balaod sa pagpadako sa capillary.
diin ang tc mao ang coarsening time, nga gihubit isip ang oras nga milabay human sa pag-agi sa delamination atubangan sa giladmon xi sulod sa delamination layer (diin ang λ adunay inisyal nga bili sa λ00) hangtud sa katapusan sa delamination experiment, ug ang scaling index n = 4 nagsabwag sa nawong.Ang eq kinahanglang gamiton uban ang pag-amping.(3) Paghubad sa mga sukod sa λ ug gilay-on d alang sa katapusang istruktura nga walay mga hugaw sa katapusan sa eksperimento.Kini tungod sa kamatuoran nga ang rehiyon duol sa ngilit sa gitugyan nga lut-od mas dugay nga modako kay sa rehiyon duol sa atubangan.Mahimo kini gamit ang dugang nga mga equation.(3) Komunikasyon sa tc ug d.Kini nga relasyon dali nga makuha pinaagi sa pagtagna sa giladmon sa pagtangtang sa haluang metal isip usa ka function sa oras, \({x}_{i}(t)=\sqrt{4p{D}_{l}t}\), nga naghatag tc(d) = te − tf(d), diin ang te ang gidugayon sa tibuok eksperimento, \({t}_{f}(d)={(\sqrt{4p{D}_{l} Ang {t}_{ e } }-d)}^{2}/(4p{D}_{l})\) mao ang panahon alang sa delamination atubangan nga moabot sa giladmon nga katumbas sa kataposang delamination depth minus d.I-plug kini nga ekspresyon para sa tc(d) sa equation.(3) Tagna ang λ(d) (tan-awa ang dugang nga nota 5).
Aron sulayan kini nga panagna, among gihimo ang mga pagsukod sa gilapdon ug gilay-on tali sa mga bundle sa bug-os nga mga cross section sa mga delegado nga istruktura nga gipakita sa Supplementary Figure 9 alang sa puro Cu ug Cu70Ag30 melts.Gikan sa mga pag-scan sa linya nga patindog sa direksyon sa delamination sa lain-laing mga gilay-on d gikan sa atubangan sa delamination, nakuha namo ang kasagaran nga gilapdon λw(d) sa Ta-rich bundle ug ang average nga gilay-on λs(d) tali sa mga bundle.Kini nga mga sukod gipakita sa fig.5d ug itandi sa mga panagna sa equation.(3) sa Supplementary Fig. 10 alang sa lain-laing mga bili sa n.Gipakita sa pagtandi nga ang indeks sa pagsabwag sa nawong sa n = 4 naghatag dili maayo nga mga panagna.Kini nga panagna dili kaayo maayo nga gipaayo pinaagi sa pagpili sa n = 3 alang sa bulk diffusion-mediated capillary coarsening, nga ang usa ka tawo mahimo’g magdahum nga makahatag usa ka labi ka maayo nga angay tungod sa pagtulo sa Ta sa likido.
Kini nga quantitative discrepancy tali sa teorya ug eksperimento dili ikatingala, tungod kay ang Eq.(3) naghulagway sa capillary coarsening sa usa ka kanunay nga volume fraction ρ, samtang sa LMD ang solids fraction ρ dili kanunay.Ang ρ nagbag-o spatially sulod sa gitangtang nga layer sa katapusan sa pagtangtang sa alloy, ingon sa gipakita sa fig.5c.Ang ρ usab nagbag-o sa oras sa panahon sa pagtangtang sa mga hugaw sa usa ka piho nga giladmon sa pagtangtang, gikan sa kantidad sa atubangan sa pagtangtang (nga gibana-bana nga kanunay sa oras ug busa independente sa tf ug d) hangtod sa gisukod nga kantidad sa ρ (d) nga gipakita sa Fig. 5c nga katumbas sa katapusang higayon.Gikan sa fig.3d, mahimong gibanabana nga ang pagkadunot sa atubangan nga mga kantidad mga 0.4 ug 0.35 alang sa AgCu ug puro Cu natunaw, matag usa, nga sa tanan nga mga kaso mas taas kaysa sa katapusan nga kantidad sa ρ sa oras te.Mahinungdanon nga timan-an nga ang pagkunhod sa ρ sa oras sa usa ka piho nga d usa ka direkta nga sangputanan sa presensya sa usa ka gradient sa konsentrasyon sa miscible elemento (Ti) sa likido.Tungod kay ang konsentrasyon sa Ti sa mga likido mikunhod uban ang pagtaas sa d, ang ekwilibriyo nga konsentrasyon sa Ti sa mga solido usa usab ka pagkunhod sa function sa d, nga mosangpot sa pagkabungkag sa Ti gikan sa solid binders ug pagkunhod sa solidong fraction sa paglabay sa panahon.Ang temporal nga kausaban sa ρ apektado usab sa leakage ug redeposition sa Ta.Busa, tungod sa dugang nga mga epekto sa dissolution ug reprecipitation, atong gilauman nga ang coarsening sa panahon sa LMD, ingon nga usa ka lagda, mahitabo sa dili kanunay nga gidaghanon fractions, nga mosangpot sa structural ebolusyon dugang pa sa capillary coarsening, apan usab tungod sa pagsabwag sa mga likido ug dili lamang sa utlanan sa solid-liquid.
Mga kamatuoran sa equation.(3) Ang gilapdon sa bono ug mga pagsukod sa gilay-on alang sa 3 ≤ n ≤ 4 wala gi-quantified (Supplementary Fig. 10), nga nagsugyot nga ang pag-dissolution ug redeposition dili tungod sa pagkunhod sa interface adunay dominanteng papel sa karon nga eksperimento.Alang sa capillary coarsening, ang λw ug λs gilauman nga adunay parehas nga pagsalig sa d, samtang ang Fig. 5d nagpakita nga ang λs nagdugang sa d labi ka paspas kaysa λw alang sa puro nga Cu ug Cu70Ag30 nga natunaw.Samtang ang usa ka coarsening theory nga nagkonsiderar sa dissolution ug redeposition kinahanglan nga konsiderahon aron ipatin-aw kini nga mga sukod sa quantitatively, kini nga kalainan gilauman nga qualitatively, tungod kay ang kompleto nga dissolution sa gagmay nga mga bugkos nakatampo sa pagdugang sa gilay-on tali sa mga bond.Dugang pa, ang λs sa Cu70Ag30 melt nakaabot sa kinatas-ang bili niini sa ngilit sa layer nga walay alloy, apan ang kamatuoran nga ang λs sa puro nga copper melt nagpadayon sa pagdugang sa monotonically mahimong ipasabut sa pagtaas sa konsentrasyon sa Ag sa likido, diin d gigamit sa pagpatin-aw sa ρ(d) sa Fig. 5c nonmonotonic kinaiya.Ang pagdugang sa konsentrasyon sa Ag uban ang pagtaas sa d makapugong sa pagtagas sa Ta ug pagbungkag sa binder, nga mosangpot sa pagkunhod sa λs pagkahuman sa pagkab-ot sa labing taas nga kantidad.
Sa katapusan, timan-i nga ang mga pagtuon sa kompyuter sa capillary coarsening sa kanunay nga volume fraction nagpakita nga kung ang volume fraction mahulog ubos sa threshold nga gibana-bana nga 0.329.30, ang mga tipik sa istruktura sa panahon sa coarsening.Sa praktis, kini nga threshold mahimong gamay nga ubos tungod kay ang fragmentation ug dungan nga pagkunhod sa genus mahitabo sa usa ka sukod sa panahon nga ikatandi sa o labaw pa sa kinatibuk-ang oras sa pagtangtang sa alloy niini nga eksperimento.Ang kamatuoran nga ang mga delegado nga istruktura sa Cu70Ag30 natunaw nagpabilin sa ilang integridad sa estruktura bisan kung ang ρ(d) gamay sa ubos sa 0.3 sa kasagaran nga sakup sa d nagpakita nga ang pagkabahin, kung adunay, mahitabo lamang sa partially.Ang volume fraction threshold para sa fragmentation mahimong magdepende usab sa dissolution ug reprecipitation.
Kini nga pagtuon adunay duha ka panguna nga mga konklusyon.Una, ug mas praktikal, ang topology sa mga delegado nga istruktura nga gihimo sa LMD mahimong makontrol pinaagi sa pagpili sa matunaw.Pinaagi sa pagpili sa usa ka matunaw aron makunhuran ang pagkatunaw sa dili matunaw nga elemento A sa AXB1-X base nga haluang metal sa pagtunaw, bisan kung limitado, ang usa ka labi nga gitugyan nga istruktura mahimo’g mabuhat nga nagpabilin ang pagkadugtong niini bisan sa ubos nga konsentrasyon sa elemento sa salog X ug integridad sa istruktura. .Kaniadto nahibal-an nga kini posible alang sa ECD25, apan dili alang sa LMD.Ang ikaduha nga konklusyon, nga mas sukaranan, mao nga ngano nga sa LMD ang integridad sa istruktura mahimong mapreserbar pinaagi sa pagbag-o sa delegasyon nga medium, nga makapaikag sa iyang kaugalingon ug makapatin-aw sa mga obserbasyon sa among TaTi alloy sa puro nga Cu ug CuAg natunaw sa , apan usab sa mas kasagaran aron maklaro ang importante, kaniadto gipakaubos nga mga kalainan tali sa ECD ug LMD.
Sa ECD, ang pagkadugtong sa istruktura gipadayon pinaagi sa pagpadayon sa rate sa pagtangtang sa kahugawan sa ubos nga lebel X, nga nagpabilin nga makanunayon sa paglabay sa panahon alang sa usa ka pirmi nga puwersa sa pagmaneho, gamay nga igo aron mapadayon ang igo nga miscible elemento B sa solidong binder sa panahon sa pagtangtang sa kahugawan aron mapadayon. gidaghanon sa mga solido.ang ρ fraction igo nga dako aron mapugngan ang pagkabahin25.Sa LMD, ang gidaghanon sa pagtangtang sa haluang metal \(d{x}_{i}(t)/dt=\sqrt{p{D}_{l}/t}\) mikunhod uban ang panahon tungod sa limitadong diffusion kinetics.Busa, bisan unsa pa ang matang sa matunaw nga komposisyon nga makaapekto lamang sa Peclet nga numero p, ang delamination rate dali nga nakaabot sa usa ka kantidad nga gamay nga igo aron mapabilin ang igo nga kantidad sa B sa solid binder, nga direkta nga gipakita sa kamatuoran nga ang ρ sa delamination. atubangan nagpabilin nga gibana-bana nga kanunay sa panahon.Kamatuoran ug labaw sa fragmentation threshold.Sama sa gipakita sa phase field simulation, ang peel rate dali usab nga nakaabot sa usa ka kantidad nga gamay nga igo aron madaot ang pagtubo sa eutectic bond, sa ingon mapadali ang pagporma sa mga topologically bonded nga istruktura tungod sa lateral rocking motion sa lamellae.Busa, ang nag-unang sukaranan nga kalainan tali sa ECD ug LMD anaa sa ebolusyon sa delamination atubangan pinaagi sa internal nga istruktura sa layer human sa pagbahin ug ρ, kay sa delamination rate.
Sa ECD, ρ ug pagkadugtong nagpabiling makanunayon sa tibuok hilit nga layer.Sa LMD, sa kasukwahi, ang duha magkalahi sulod sa usa ka layer, nga tin-aw nga gipakita niini nga pagtuon, nga nag-mapa sa atomic nga konsentrasyon ug pag-apod-apod sa ρ sa tibuok giladmon sa mga delegado nga istruktura nga gihimo sa LMD.Adunay duha ka rason alang niini nga pagbag-o.Una, bisan sa usa ka zero solubility limit A, ang konsentrasyon gradient B sa liquid, nga wala sa DZE, induces sa usa ka konsentrasyon gradient A sa solid binder, nga anaa sa kemikal nga panimbang uban sa liquid.Ang gradient A, sa baylo, nag-aghat sa usa ka gradient ρ sulod sa layer nga walay mga hugaw.Ikaduha, ang leakage sa A ngadto sa likido tungod sa non-zero solubility dugang nga modulate sa spatial variation sa ρ sulod niini nga layer, uban sa pagkunhod sa solubility makatabang sa pagpadayon sa ρ mas taas ug mas spatially uniporme sa pagpadayon sa koneksyon.
Sa katapusan, ang ebolusyon sa gidak-on sa bugkos ug koneksyon sa sulod sa gitugyan nga layer sa panahon sa LMD labi ka labi ka komplikado kaysa sa sulud nga pagsabwag-limitado nga capillary coarsening sa usa ka kanunay nga tipik sa volume, sama sa gihunahuna kaniadto pinaagi sa analohiya sa coarsening sa annealed nanoporous ECD nga mga istruktura.Sama sa gipakita dinhi, ang coarsening sa LMD mahitabo sa usa ka spatiotemporally varying solid fraction ug kasagarang naimpluwensyahan sa diffusional nga pagbalhin sa A ug B sa liquid state gikan sa delamination atubangan ngadto sa ngilit sa disjointed layer.Ang scaling nga mga balaod alang sa capillary coarsening nga limitado sa ibabaw o bulk diffusion dili maka-ihap sa mga pagbag-o sa gilapdon ug distansya tali sa mga bundle sulod sa usa ka delegado nga layer, nga nagtuo nga ang A ug B nga transportasyon nga may kalabutan sa fluid concentration gradients adunay managsama o parehas nga papel.Mas hinungdanon kaysa sa pagkunhod sa lugar sa interface.Ang pag-uswag sa usa ka teorya nga nagkonsiderar niining lainlaing mga impluwensya usa ka hinungdanon nga palaabuton alang sa umaabot.
Ang Titanium-tantalum binary alloys gipalit gikan sa Arcast, Inc (Oxford, Maine) gamit ang 45 kW Ambrell Ekoheat ES induction power supply ug usa ka water-cooled copper crucible.Human sa ubay-ubay nga mga kainit, ang matag haluang metal gi-annealed sulod sa 8 ka oras sa temperatura sulod sa 200 ° C. sa natunaw nga punto aron makab-ot ang homogenization ug pagtubo sa lugas.Ang mga sample nga giputol gikan niining master ingot gi-spot-welded sa Ta wires ug gisuspinde gikan sa robotic arm.Ang mga metal nga kaligoanan giandam pinaagi sa pagpainit sa usa ka sinagol nga 40 g Cu (McMaster Carr, 99.99%) nga adunay Ag (Kurt J. Lesker, 99.95%) o Ti nga mga partikulo sa taas nga gahum gamit ang 4 kW Ameritherm Easyheat induction heating system hangtud sa hingpit nga pagkabungkag.mga kaligoanan.bug-os nga gipainit matunaw.Bawasan ang gahum ug himoa nga ang kaligoanan magkutaw ug magbalanse sulod sa tunga sa oras sa temperatura sa reaksyon nga 1240°C.Dayon ang robotic nga bukton gipaubos, ang sample giunlod sa kaligoanan alang sa usa ka gitino nga panahon ug gikuha alang sa pagpabugnaw.Ang tanan nga pagpainit sa alloy billet ug LMD gihimo sa usa ka atmospera sa taas nga purity argon (99.999%).Human makuha ang alloy, ang mga cross section sa mga sample gipasinaw ug gisusi gamit ang optical microscopy ug scanning electron microscopy (SEM, JEOL JSM-6700F).Ang pagtuki sa elemento gihimo pinaagi sa energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) sa SEM.Ang tulo-ka-dimensional nga microstructure sa mga delegado nga mga sample naobserbahan pinaagi sa pagtunaw sa solidified copper-rich phase sa usa ka 35% nitric acid solution (analytical grade, Fluka).
Ang simulation gihimo gamit ang nauna nang naugmad nga modelo sa natad sa decoupling phase sa ternary alloy15.Ang modelo nag-asoy sa ebolusyon sa phase field ϕ, nga nagpalahi tali sa solid ug liquid nga mga hugna, ngadto sa konsentrasyon nga field ci sa mga elemento sa alloying.Ang kinatibuk-ang libre nga enerhiya sa sistema gipahayag ingon
diin ang f(φ) mao ang double barrier potential nga adunay minimum sa φ = 1 ug φ = 0 nga katumbas sa solids ug liquids, matag usa, ug fc(φ, c1, c2, c3) mao ang kemikal nga kontribusyon sa volume freedom nga naghulagway sa energy density sa thermodynamic nga kabtangan haluang metal.Aron ma-simulate ang remelting sa lunsay nga Cu o CuTi natunaw ngadto sa TaTi alloys, gigamit namo ang parehas nga porma fc(φ, c1, c2, c3) ug mga parameter sama sa reference.15. Aron makuha ang TaTi alloys nga adunay CuAg melts, gipasimple namo ang quaternary system (CuAg) TaTi ngadto sa usa ka epektibong ternary system nga adunay lain-laing mga parameter depende sa konsentrasyon sa Ag, sama sa gihulagway sa Supplementary Note 2. Ang evolution equation alang sa phase field ug ang natad sa konsentrasyon nakuha sa lainlain nga porma sa porma
Diin \({M}_{ij}={M}_{l}(1-\phi){c}_{i}\wala({\delta}_{ij}-{c}_{j} \right)\) mao ang atomic mobility matrix, ug ang Lϕ nagdumala sa kinetics sa atomic attachment sa solid-liquid interface.
Ang eksperimento nga datos nga nagsuporta sa mga resulta niini nga pagtuon makita sa supplementary data file.Ang mga parameter sa simulation gihatag sa dugang nga kasayuran.Ang tanan nga datos magamit usab gikan sa tagsa-tagsa nga mga tagsulat kung gihangyo.
Wittstock A., Zelasek W., Biner J., Friend SM ug Baumer M. Nanoporous gold catalysts alang sa ubos nga temperatura selective gas-phase oxidative coupling sa methanol.Science 327, 319–322 (2010).
Zugic, B. et al.Ang dinamikong recombination nagtino sa catalytic nga kalihokan sa nanoporous gold-silver alloy catalysts.Nasyonal nga alma mater.16, 558 (2017).
Zeis, R., Mathur, A., Fritz, G., Lee, J. 和 Erlebacher, J. Platinum-coated nanoporous gold: usa ka episyente nga ubos nga pt loading electrocatalyst alang sa PEM fuel cells.Journal #165, 65–72 (2007).
Snyder, J., Fujita, T., Chen, MW ug Erlebacher, J. Oxygen reduction sa nanoporous metal-ion liquid composite electrocatalysts.Nasyonal nga alma mater.9, 904 (2010).
Lang, X., Hirata, A., Fujita, T. ug Chen, M. Nanoporous hybrid metal / oxide electrodes alang sa electrochemical supercapacitors.Nasyonal nga nanoteknolohiya.6, 232 (2011).
Kim, JW ug uban pa.Pag-optimize sa fusion sa niobium nga adunay metal nga natunaw aron makahimo mga porous nga istruktura alang sa mga electrolytic capacitor.Journal.84, 497–505 (2015).
Bringa, EM ug uban pa. Ang mga nanoporous ba nga materyales makasugakod sa radiation?Nanolet.12, 3351–3355 (2011).