शोधकर्ताओं ने सिरेमिक सामग्री में उच्च कठोरता और कठोरता दोनों को प्राप्त करने की चुनौतियों का समाधान करते हुए, ग्रेडिएंट गुणों वाली SIOC-WOX सिरेमिक मैट्रिक्स कंपोजिट फिल्मों को बनाने के लिए एक नया दृष्टिकोण विकसित किया है। हाइब्रिड नैनोपार्टिकल इंकजेट प्रिंटिंग और सेलेक्टिव लेजर सिंटरिंग को एकीकृत करके, टीम ने नैनोस्केल टंगस्टन-आधारित कणों से प्रबलित फिल्में बनाई हैं जो बेहतर यांत्रिक गुणों और इंटरफेशियल बॉन्डिंग ताकत का प्रदर्शन करती हैं।
सिरेमिक फिल्में प्रबलित कोटिंग्स में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं, जो धातु के सबस्ट्रेट्स को घिसने, क्षरण और उच्च तापमान वाले रेंगने से बचाती हैं। इन सिरेमिक-प्रबलित धातु सामग्रियों का उपयोग विभिन्न उद्योगों में किया जाता है, जिनमें एयरोस्पेस, सटीक सेंसर और ऊर्जा भंडारण शामिल हैं। हालांकि, पारंपरिक सिरेमिक सामग्री में फ्रैक्चर की कठोरता और तन्यता कम होती है, जिससे भारी भार के कारण अचानक प्लास्टिक का विरूपण होता है।
इन सीमाओं को दूर करने के लिए, शोधकर्ताओं ने सीएमसी सामग्री विकसित करने पर ध्यान केंद्रित किया, जहां फाइबर या नैनोकणों से बने डोपिंग चरणों द्वारा मैट्रिक्स चरण को मजबूत किया जाता है। इन मल्टीफ़ेज़ नैनोकणों के सिंटरिंग से सीएमसी घटकों के भीतर एक विशिष्ट वितरण संरचना बनती है, जिससे कठोरता और ताकत बढ़ती है। हालांकि सीएमसी ने थोक सामग्रियों में अनुप्रयोग पाए हैं, लेकिन मिश्रित पतली फिल्म तैयार करने के साथ पारंपरिक पतली फिल्म जमाव तकनीकों की असंगति के कारण पतली फिल्मों में उनका उपयोग सीमित हो गया है।
शोधकर्ताओं ने एक विशिष्ट पैटर्न में SiC और W नैनोकणों वाले नैनो-इंक सस्पेंशन को जमा करने के लिए एक इंकजेट प्रिंटिंग विधि का इस्तेमाल किया। सॉल्वेंट के वाष्पीकरण के बाद, लक्ष्य सब्सट्रेट पर अवशिष्ट नैनोकणों को लेजर से एक घनीभूत फिल्म में मिलाया गया। फिल्म का क्रमिक प्रदर्शन दो तंत्रों के माध्यम से स्थापित किया गया था: सेसाइल नैनो-स्याही की बूंदों के वाष्पीकरण के दौरान घनत्व के अंतर के कारण SiC और W नैनोकणों का स्तरीकरण, और लेजर सिंटरिंग के दौरान ऊर्जा वितरण और ऑक्सीजन सामग्री में भिन्नता, जिसने विभिन्न गहराई पर सिंटरिंग और ऑक्सीकरण की विविध डिग्री चलायी।
परिणामी SIOC-WOX फिल्मों ने उल्लेखनीय यांत्रिक गुणों का प्रदर्शन किया, जिसमें कठोरता और मॉड्यूलस में 2 गुना सुधार हुआ, और मैट्रिक्स सामग्री की तुलना में 3.8 गुना बेहतर फ्रैक्चर कठोरता थी। इसके अलावा, फिल्मों ने 86.6 एमपीए तक की इंटरफेसियल बॉन्डिंग ताकत और 1050 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर स्थिर संचालन का प्रदर्शन किया इन उन्नत गुणों को धातु-से-सिरेमिक संरचना में ढाल और समान रूप से बिखरे हुए स्व-इकट्ठे नैनोस्केल रीइन्फोर्सिंग कणों के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है।
SIOC-WOX फिल्म की बाहरी सतह में मुख्य रूप से उच्च कठोरता और ऑक्सीकरण प्रतिरोध वाला एक घना ग्लास चरण SiO2 होता है, जबकि आंतरिक परत धीरे-धीरे धातु की अवस्था में बदल जाती है। यह ग्रेडिएंट संरचना न केवल सिरेमिक कोटिंग की कठोरता और इंटरफेशियल बॉन्डिंग ताकत में सुधार करती है, बल्कि एक संक्रमण परत के रूप में भी काम करती है, जो सिरेमिक परत और धातु सब्सट्रेट के बीच थर्मल विस्तार के गुणांक में बेमेल से उत्पन्न होने वाली इंटरफेसियल बॉन्डिंग समस्याओं को प्रभावी ढंग से संबोधित करती है।
हाइब्रिड नैनोकणों की लेजर सिंटरिंग, जैसा कि इस अध्ययन में दिखाया गया है, में ग्रेडिएंट फिल्मों के उत्पादन के लिए विभिन्न धातु, अर्धचालक और इन्सुलेट सिरेमिक नैनोमटेरियल्स तक विस्तारित होने की क्षमता है। यह विधि सीधे लिखित हाइब्रिड नैनोकणों की उच्च थ्रूपुट क्षमताओं का लाभ उठाते हुए, सावधानीपूर्वक नियंत्रित रचनाओं और गुणों के साथ सिरेमिक फिल्मों को बनाने के लिए एक आशाजनक दृष्टिकोण प्रदान करती है।
