2019-05-15 18:52:01
通过高通量筛选的多组分合金的组成设计

多组分材料是工程和生物医学应用中最有前景的材料之一。与传统合金相比,多组分材料的成分设计更加复杂,需要制备和测试大量不同成分的合金。另外,混合熵与多组分材料性能之间的关系是非线性的,因此混合熵值不能有效地预测其结构和性能,这使得合金的设计更加困难。在这种情况下,高通量技术可以有效地解决这个问题。最近的一项研究报告说,通过共溅射技术借助物理掩模成功地实现了Ti-Zr-Nb合金的组成和杨氏模量的高通量筛选。

这篇名为“通过掩蔽共溅射在Ti-Zr-Nb合金系统中进行生物医学应用的高通量筛选”的研究论文发表在“科学中国物理,力学与天文学”上。北京科技大学张勇教授是通讯作者。

开发具有特殊性能(例如优异的机械或生物医学性质)的新合金通常是耗时的过程。传统的反复试验方法不能满足要求。另一方面,由于研究方法的局限性,使用常规方法可以从一组实验中仅获得少数特定组合物。

在生物医学材料中,所获得的低杨氏模量值在小的组成区域中通常是相对低的值,而不是全局系统的最低值。因此,传统的反复试验方法不可避免地产生不完整的研究结果。

高通量技术是在更大的组成区域中获得具有期望性质的组合物同时提高效率的有效方式。在多靶共溅射的基础上,采用辅助物理掩模促进组分梯度材料的制备,并在此工作中获得了16个独立的样品。

通过纳米压痕测试了Ti-Zr-Nb合金的杨氏模量特性。将杨氏模量值拟合到三维表面图和等高线图,如图2所示。值得注意的是,图2(a)中显示出低杨氏模量区域。为了确定具有较低杨氏模量的样品之间的空白区域中是否存在较低模量的组合物,进一步优化了组合物。根据筛选结果,可以进一步详细讨论块状合金的形成,结构和力学性能。

应注意,物理掩模的应用对于防止样品单元之间的组分扩散是必要的。通常,通过多靶共溅射获得的材料的组成可以连续改变,这意味着组分扩散的过程是不可避免的。为了确保样品的成分差异,在这项工作中使用了单独的面罩。

这项工作不仅为实际应用提供了具有突出特性的新型多组分合金,而且为一般的高通量制备技术的发展提供了新的视角。

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