재료공학

출처: 파이살 알람기르, 재료 과학 및 공학 학교, 조지아 공과 대학, 애틀랜타, 조지아 고체 물질의 현미경 구조의 이미징, 및 이미지구조 성분의 분석은 물질학으로 알려져 있다. 예를 들어, 재료에 다공성이 있는지, 곡물의 크기 및 형상 분포가 어떻게 생겼는지, 또는 미세 구조에 이소트로피가 있는지 여부와 같은 질적 정보를 직접 관찰할 수 있다. 우리는 재료학 시리즈의 2부에서 볼 수 있지만, 통계적 방법을 통해 이러한 미세 구조 적 특징을 정량적으로 측정하고 2차원 단면에서 재료 샘플의 3차원 구조로 분석을 변환할 수 있습니다. 이 프리젠 테이션은 광학 현미경 검사법을 위한 고체 물질 견본을 준비하는 관련시킨 기술 및 절차의 개요를 제공할 것입니다. 물질적 예피는 광학뿐만 아니라 전자 기반 현미경 으로 수행 될 수 있지만,이 프리젠 테이션은 광학 현미경 검사법을 위해 특별히 샘플 준비에 초점을 맞출 것이다. 그러나 광학 물질촬영에 준비된 시료는 전자 현미경 검사법을 스캔하는 데...

출처: 파이살 알람기르, 재료 과학 및 공학 학교, 조지아 공과 대학, 애틀랜타, 조지아 고체 물질의 현미경 구조의 이미징, 및 이미지구조 성분의 분석은 물질학으로 알려져 있다. 종종, 우리는 노출 된 2 차원 표면에 의해 입증 된 구조적 특징만을 사용하여 재료의 내부 3 차원 미세 구조를 정량화하고 싶습니다. X선 기반 지형 방법은 매장된 미세 구조(예: 의료 맥락에서 잘 알고 있는 CT 스캔)를 드러낼 수 있지만, 관련 계측의 비용으로 인해 이러한 기술에 대한 접근이 매우 제한적입니다. 광학 현미경 기반 물질촬영은 X선 단층 촬영에 훨씬 더 접근가능하고 일상적인 대안을 제공합니다. 재료학 시리즈의 1부에서는 샘플 준비의 기본 원칙을 다루었습니다. 2부에서는 미세구조적 특징을 정량적으로 측정하고 2차원 단면에서 재료 시료의 3차원 구조로 정보를 번역할 수 있는 통계적 방법을 포함하여 이미지 분석의 원리를 거칩니다.

출처: 파이살 알람기르, 재료 과학 및 공학 학교, 조지아 공과 대학, 애틀랜타, 조지아 X선 광전자 분광법(XPS)은 재료 내에 존재하는 원소의 원소 조성, 경험적 포뮬러, 화학 상태 및 전자 상태를 측정하는 기술이다. XPS 스펙트럼은 분석되는 물질의 상부 나노미터에서 탈출하는 운동 에너지 및 전자 수를 동시에 측정하는 동시에 X 선빔으로 물질을 조사하여 얻어집니다(전자의 전형적인 운동 에너지에 대한 상위 10nm 내). 신호 전자가 물질의 처음 몇 나노미터 내에서 주로 탈출한다는 사실때문에 XPS는 표면 분석 기술로 간주됩니다. 발견 및 XPS 뒤에 물리적 원리의 응용 프로그램 또는, 그것은 이전에 알려진 바와 같이, 화학 분석에 대한 전자 분광법 (ESCA), 물리학에서 두 개의 노벨상을 주도. 첫 번째는 1905 년에 광전 효과에 대한 그의 설명에 대한 알버트 아인슈타인에 1921 년에 수여되었다. 광전 효과는 XPS에서 신호가 생성되는 프로세스를 뒷받침합니다. 훨씬 후,...

출처: 파이살 알람기르, 재료 과학 및 공학 학교, 조지아 공과 대학, 애틀랜타, 조지아 X선 회절(XRD)은 재료의 원자 및 분자 구조를 결정하기 위한 재료 과학에 사용되는 기술이다. 이것은 입사 엑스레이로 재료의 견본을 조사하고 그 다음에 물질에 의해 산란되는 엑스레이의 강도 및 산란 각을 측정해서 행해질 것입니다. 산란된 X선의 강도는 산란 각의 함수로서 플롯되고, 재료의 구조는 위치, 각도 및 산란 강도 피크의 강도의 분석에서 결정된다. 결정에서 원자의 평균 위치를 측정할 수 있는 것 외에도, 실제 구조가 이상적인 구조물에서 어떻게 벗어나는지에 대한 정보는 예를 들어 내부 응력 또는 결함으로 인해 결정될 수 있다. XRD 방법의 중심인 X선의 회절은 일반적인 X선 산란 현상의 하위 집합입니다. XRD는 일반적으로 광각 X선 회절(WAXD)을 의미하는 데 사용되며, 탄성 산란된 X선 파를 사용하는 여러 가지 방법에 속한다. 다른 탄성 산란 기반 X 선 기술은 X선이일반적으로...

출처: 시나 샤바즈모하마디와 페이만 샤베이기-루드포스티-루드포스티,코네티컷 대학교 공학대학, 스토스, CT 전자 현미경이 실험실에서 더 복잡하고 널리 사용됨에 따라, 그것은 그들의 기능을 소개하는 필요성의 더 많은된다. 집중 이온 빔(FIB)은 나노 전자제품에서 의학에 이르는 다양한 분야에서 미코 및 나노 스케일의 재료를 제조, 트림, 분석 및 특성화하기 위해 사용할 수 있는 기기입니다. FIB 시스템은 마이크로 및 나노 스케일에서 밀링(스퍼터), 침전물 및 이미지 재료에 사용할 수 있는 이온 빔으로 생각할 수 있습니다. FIBs의 이온 컬럼은 일반적으로 스캔 전자 현미경 (SEM)의 전자 기둥과 통합됩니다. 이 실험의 목적은 집중된 이온 빔 기술로 기술의 상태를 소개하고 인체에서 발견되는 가장 작은 멤브레인만큼 작은 구조를 제조하기 위해 이러한 계측기를 어떻게 사용할 수 있는지 를 보여주는 것입니다.

출처: 시나 샤바즈모하마디와 페이만 샤베이기-루드포스티-루드포스티,코네티컷 대학교 공학대학, 스토스, CT 방향 응고 영역용융은 결정의 좁은 영역(일반적으로 바 의 형태로)이 용융되는 야금 공정이다. 용광로는 막대 모양 샘플을 따라 이동하므로 용융 영역이 크리스탈을 따라 이동하고 용융 영역이 막대의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 이동한다는 것을 의미합니다. 이 메커니즘은 합금에 널리 사용, 그러나 솔루트 원자는 용융에 분리하는 경향이있다. 이러한 유형의 합금에서 불순물도 용융에 집중되어 이동용 융 영역과 함께 시료의 한쪽 끝으로 이동합니다. 따라서, 영역 용융은 상업 자재 정제에 가장 광범위하게 사용된다. 도 1. 고불순용존이 막대의 한쪽에서 다른 쪽으로 이동하는 방법을 보여줍니다. 수직 축은 불순물 농도이고 수평 축은 샘플 길이입니다. 불순물이 용융 부위로 분리되는 경향으로 인해 용융 부위의 농도가 고체보다 높습니다. 따라서 용융 재료가 바 끝으로 이동함에 따라 불순물은 바 끝으로...

출처: 다니엘 N. 비티와 테일러 D. 스파크스,재료 과학 및 공학부, 유타 대학, 솔트레이크시티, UT 차동 스캐닝 열량량(DSC)은 재료의 열 특성을 특성화하는 중요한 측정입니다. DSC는 주로 화학 반응 또는 위상 변화 중에 흡수 또는 방출되는 열뿐만 아니라 가열(열 용량)으로 재료에 저장된 열의 양을 계산하는 데 사용됩니다. 그러나, 이러한 열의 측정은 유리 전이 온도, 폴리머 결정성 등과 같은 다른 중요한 특성의 계산으로 이어질 수 있다. 폴리머의 길고 사슬과 같은 특성으로 인해 폴리머 가닥이 얽히고 무질서하는 것은 드문 일이 아닙니다. 그 결과, 대부분의 중합체는 부분적으로만 결정성이며 나머지 폴리머는 비정질이다. 이 실험에서 우리는 DSC를 활용하여 중합체 결정성을 결정할 것입니다.

출처: 엘리스 S.D. 부키, 다니엘 N. 비티, 테일러 D. 스파크스,재료 과학 및 공학부, 유타 대학교, 솔트레이크시티, UT 레이저 플래시 방법(LFA)은 열 확산도, 재료 특이적 특성을 측정하는 데 사용되는 기술이다. 열 확산도(α)는 재료에 저장된 열의 양에 비해 얼마나 많은 열이 수행되는지의 비율입니다. 열전도도(), 온도 그라데이션으로 인해 물질을 통해 얼마나 많은 열이 전달되는지, 다음과 같은 관계에 의해 관련된다. (방정식 1) 여기서 ⍴ 재료의 밀도이고 Cp는 관심의 주어진 온도에서 재료의 특정 열 용량이다. 열 확산도와 열 전도도 는 재료가 열(열 에너지)을 전송하는 방법을 평가하고 온도 변화에 반응하는 데 사용되는 중요한 재료 특성입니다. 열 확산도 측정은 열 또는 레이저 플래시 방법에 의해 가장 일반적으로 얻어진다. 이 기법에서는 샘플이 한쪽에 레이저 또는 크세논 플래시로 맥동하여 가열되지만 다른 한쪽은 그렇지 않으므로 온도 그라데이션을 유도합니다. 이...

출처: 로건 G. 키퍼, 앤드류 R. 팔코프스키, 테일러 D. 스파크스,재료 과학 및 공학부, 유타 대학교, 솔트레이크시티, UT 전기 도금은 전극에 얇은 코팅을 형성할 수 있도록 용존 금속 양이온을 줄이기 위해 전류를 사용하는 공정입니다. 다른 박막 증착 기법은 화학 증기 증착 (CVD), 스핀 코팅, 딥 코팅 및 스퍼터 증착을 포함한다. CVD는 증착할 요소의 가스 상 전구체를 사용합니다. 스핀 코팅은 액체 전구체 원심분리기를 원심분리로 퍼시다. 딥 코팅은 스핀 코팅과 유사하지만 액체 전구체를 회전하는 대신 기판이 완전히 침수됩니다. 스퍼터링은 플라즈마를 사용하여 대상에서 원하는 물질을 제거한 다음 기판을 플레이트합니다. CVD 또는 스퍼터링과 같은 기술은 매우 높은 품질의 필름을 생산하지만 이러한 기술은 일반적으로 진공 분위기와 작은 샘플 크기를 필요로하기 때문에 매우 느리고 높은 비용으로 그렇게합니다. 전극은 비용을 크게 줄이고 확장성을 증가진공 대기에 의존하지 않습니다.

출처: J. 제이콥 차베스, 라이언 T. 데이비스, 테일러 D. 스파크스,재료 과학 및 공학부, 유타 대학교, 솔트레이크시티, UT 온도 변동을 경험하는 시스템에서 어떤 재료가 사용될지 고려할 때 열 팽창이 매우 중요합니다. 재료의 높거나 낮은 열 팽창은 응용 프로그램에 따라 바람직할 수도 있거나 바람직하지 않을 수 있습니다. 예를 들어, 일반적인 액체 온도계에서는 온도 변화에 대한 민감도가 높기 때문에 열 팽창이 높은 재료가 바람직합니다. 한편, 대기권에 재진입하는 등 고온을 경험하는 시스템의 구성요소는 열응력과 골절을 방지하기 위해 큰 온도 변동과 함께 팽창 및 수축하지 않는 재료가 필요합니다. Dilatometry는 온도의 함수로서 재료의 면적, 모양, 길이 또는 부피 변화의 치수를 측정하는 데 사용되는 기술입니다. 딜라토미터의 주요 용도는 물질의 열 팽창을 계산하는 것입니다. 대부분의 재료의 치수는 일정한 압력으로 가열될 때 증가합니다. 열 팽창은 온도 변화에 대응하여...

출처: 카라 잉그라함, 재러드 맥커첸, 테일러 D. 스파크스,재료 과학 및 공학부, 유타 대학교, 솔트레이크시티, UT 전기 저항은 전기 회로 소자의 전기 흐름에 저항하는 능력입니다. 저항은 옴의 법칙에 의해 정의됩니다 : (방정식 1) 전압은 어디에 있으며 전류입니다. 옴의 법칙은 이상적인 저항자의 저항을 결정하는 데 유용합니다. 그러나 많은 회로 요소는 더 복잡하며 저항만으로는 설명할 수 없습니다. 예를 들어, 교대 전류(AC)를 사용하는 경우 저항성은 종종 AC 신호의 주파수에 따라 달라집니다. 저항만 사용하는 대신 전기 임피던스는 회로 요소의 전기 흐름에 저항하는 능력을 보다 정확하고 일반화할 수 있는 척도입니다. 가장 일반적으로 전기 임피던스 측정의 목표는 저항, 정전 용량 또는 유도와 같은 다른 메커니즘의 기여로 샘플의 총 전기 임피던스를 감소시키는 것입니다.

출처: 시나 샤바즈모하마디와 페이만 샤베이기-루드포스티-루드포스티,코네티컷 대학교 공학대학, 스토스, CT 뼈는 세라믹 매트릭스 및 폴리머 섬유 보강으로 만들어진 복합재료입니다. 세라믹은 압축 강도를 기여하며 폴리머는 인장 및 굴곡 강도를 제공합니다. 세라믹과 폴리머 소재를 양별로 결합하여, 본체는 특정 용도에 맞는 독특한 재료를 만들 수 있습니다. 생물 의학 엔지니어로서 질병이나 외상성 부상으로 인해 뼈를 대체하고 복제 할 수있는 능력을 갖는 것은 의학의 중요한 측면입니다. 이 실험에서는 파리의 석고가 있는 3개의 다른 세라믹 매트릭스 복합체(황산칼슘 화합물)를 만들고, 어떤 제제가 가장 강한지 결정하기 위해 3점 굽힘 테스트를 진행할 수 있도록 합니다. 세 가지 복합재료는 다음과 같습니다: 하나는 파리의 석고로만 구성되며, 하나는 석고 매트릭스에 혼합된 다진 유리 파편과 유리 유리 네트워크가 내장된 석고 매트릭스입니다.

출처: 시나 샤바즈모하마디와 페이만 샤베이기-루드포스티-루드포스티,코네티컷 대학교 공학대학, 스토스, CT 100nm 미만의 곡물 크기의 합금은 나노결정 합금으로 알려져 있습니다. 물리적 및 기계적 특성이 강화됨에 따라 반도체, 바이오 센서 및 항공 우주와 같은 다양한 산업에서 이를 고용해야 한다는 수요가 계속 증가하고 있습니다. 나노 결정 합금의 처리 및 적용을 개선하기 위해, 높은 온도와 압력의 시너지 효과를 필요로 100 % 밀도 벌크 재료에 가까운 개발이 필요합니다. 적용된 온도와 압력을 증가시킴으로써 작은 곡물은 자라기 시작하여 고유의 특성을 잃기 시작합니다. 따라서, 높은 온도에서 통합하는 동안 최소 다공성과 나노 규모의 곡물 크기의 손실과 입자 간 접합 사이의 타협에 도달하는 것이 기술적으로 중요하다. 이 연구에서는 고체 용액에서 산소를 제거하여 높은 온도에서 나노 곡물 크기 안정성을 향상시키는 것을 목표로합니다. 나노 결정 적 Fe-14Cr-4Hf 합금은 산화입자...

출처: 앰버 N. 배런, 애슐레아 패터슨, 테일러 D. 스파크스,재료 과학 및 공학부, 유타 대학교, 솔트레이크시티, UT 하이드로겔은 비교적 간단한 절차와 일반적으로 저렴한 재료로 생산되는 다목적 종류의 교차 연결된 폴리머입니다. 그(것)들은 용액에서 형성될 수 있고 단량제 시약에서 형성된 폴리머 백본, 폴리머 반응성 및 함께 폴리머 사슬을 묶는 교차 연결 종을 만드는 시노레이터를 관련시킵니다. 이러한 물질의 중요한 측면은 물 가에서 팽창한다는 것입니다,하지만이 반응은 염도, pH, 또는 다른 신호의 함수로 붓기를 향상시키기 위해 더 조정할 수 있습니다. 최종 제품으로, 하이드로겔은 수성 또는 건조한 환경에서 사용할 수 있으며 유연성, 높은 흡광도, 투명성 및 단열재와 같은 다양한 유용한 특성을 사용할 수 있습니다. 액체 흡수도, 센서, 소비재 및 약물 전달에 일반적으로 사용됩니다.