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Engineering

पूर्व सीटू के तरीके और संरचनात्मक परिवर्तनों की सीटू जांच में : धातु चश्मे के क्रिस्टलीकरण का मामला

Published: June 7, 2018 doi: 10.3791/57657
Automatic Translation
1,2, 3, 3, 4, 4, 5
1Institute of Nuclear and Physical Engineering, Slovak University of Technology in Bratislava, Slovakia, 2Department of Nuclear Reactors, Czech Technical University in Prague, Czech Republic, 3Department of Experimental Physics, Palacky University Olomouc, Czech Republic, 4Institute of Physics, Slovak Academy of Sciences, Bratislava, Slovakia, 5Institute of Laboratory Research on Geomaterials, Faculty of Natural Sciences, Comenius University in Bratislava, Slovakia

Summary

यहां, हम एक प्रोटोकॉल मौजूद पूर्व सीटू का वर्णन करने के लिए और धातु चश्मे में संरचनात्मक परिवर्तनों की सीटू जांच में । हम परमाणु आधारित विश्लेषणात्मक तरीके जो hyperfine बातचीत का निरीक्षण कार्यरत हैं । हम तापमान संचालित प्रयोगों के दौरान सिंक्रोट्रॉन विकिरण के Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री और परमाणु आगे बिखरने की प्रयोज्यता का प्रदर्शन करते हैं ।

Abstract

हम दो परमाणु आधारित विश्लेषणात्मक तरीकों कि लोहे की microstructural व्यवस्था के संशोधनों का पालन कर सकते है के उपयोग के प्रदर्शन धातु चश्मा आधारित (MGs) । उनके अमली स्वभाव के बावजूद, hyperfine बातचीत की पहचान बेहोश संरचनात्मक संशोधनों का खुलासा किया । इस प्रयोजन के लिए, हम दो तकनीकों है कि एक स्थिर ५७Fe आइसोटोप के परमाणु स्तर के बीच परमाणु अनुनाद का उपयोग, अर्थात् Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री और सिंक्रोट्रॉन विकिरण के परमाणु फॉरवर्ड कैटरिंग (NFS) कार्यरत है । गर्मी उपचार के प्रभाव पर (Fe२.८५Co1)७७मो8घन1बी14 मिलीग्राम पूर्व सीटू और सीटू प्रयोगों में , क्रमशः के परिणामों का उपयोग कर चर्चा कर रहे हैं । के रूप में दोनों तरीकों hyperfine बातचीत के लिए संवेदनशील हैं, संरचनात्मक व्यवस्था पर जानकारी के रूप में अच्छी तरह के रूप में चुंबकीय microstructure पर आसानी से उपलब्ध है । Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री प्रदर्शन पूर्व सीटू का वर्णन करता है कि कैसे संरचनात्मक व्यवस्था और चुंबकीय microstructure कमरे के तापमान पर कुछ शर्तों के तहत एनीलिंग के बाद प्रकट होता है (तापमान, समय), और इस प्रकार इस तकनीक का निरीक्षण स्थिर राज्यों. दूसरी ओर, nfs डेटा को गतिशील रूप से बदलते तापमान के दौरान सीटू में रिकॉर्ड किया जाता है और nfs परिवर्तनीय राज्यों की जांच करता है । दोनों तकनीकों का उपयोग पूरक जानकारी प्रदान करता है । सामांय में, वे किसी भी उपयुक्त प्रणाली है जिसमें यह महत्वपूर्ण है के लिए लागू किया जा सकता है अपनी स्थिर राज्य पता है लेकिन यह भी क्षणिक राज्यों ।

Introduction

लौह आधारित एक पिघल के तेजी से शमन द्वारा तैयार MGs कई व्यावहारिक1अनुप्रयोगों के साथ औद्योगिक आकर्षक सामग्री का प्रतिनिधित्व करते हैं । विशेष रूप से उनके चुंबकीय गुण अक्सर पारंपरिक (पाली) क्रिस्टलीय मिश्र धातु2,3से बेहतर कर रहे हैं । अपने लाभप्रद मापदंडों से बेहतर लाभ के लिए, ऊंचा तापमान के लिए उनकी प्रतिक्रिया ज्ञात किया जाना चाहिए । बढ़ते तापमान के साथ, अमली ढांचा आराम और, अंत में, क्रिस्टलीकरण शुरू होता है । MGs के कुछ प्रकार में, यह उनके चुंबकीय मापदंडों की गिरावट के लिए नेतृत्व कर सकते है और, नतीजतन, गरीब प्रदर्शन । वहां रहे हैं, तथापि, लौह के कई परिवारों विशेष रचनाओं के साथ MGs आधारित4,5,6,7 जिसमें नव निर्मित क्रिस्टलीय अनाज बहुत ठीक हैं, आमतौर पर आकार में लगभग 30 एनएम के नीचे । nanocrystals संरचना को स्थिर और इस प्रकार, एक व्यापक तापमान सीमा8,9पर स्वीकार्य चुंबकीय मापदंडों की रक्षा । ये तथाकथित nanocrystalline मिश्र (NCA) हैं.

MGs के दीर्घकालिक प्रदर्शन विश्वसनीयता, विशेष रूप से ऊंचा तापमान और/या कठिन शर्तों के तहत (विकिरण, जंग, आदि) उनके व्यवहार और व्यक्तिगत शारीरिक मापदंडों के गहन ज्ञान की मांग । क्योंकि MGs अमली है, विश्लेषणात्मक तकनीकों का वर्गीकरण है कि उनके लक्षण वर्णन के लिए उपयुक्त है बल्कि सीमित है । उदाहरण के लिए, विवर्तन तरीकों व्यापक और सुविधापूर्ण प्रतिबिंब है कि केवल amorphicity के सत्यापन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है प्रदान करते हैं ।

यह उल्लेखनीय है कि कई, आमतौर पर अप्रत्यक्ष तरीके मौजूद है कि MGs की तेजी से और गैर विनाशकारी लक्षण वर्णन प्रदान (जैसे, मैग्नैटोस्ट्रिटिव देरी लाइन संवेदन सिद्धांत) । इस विधि के संरचनात्मक और तनाव राज्यों के सजातीयता की उपस्थिति सहित तेजी से लक्षण वर्णन प्रदान करता है । यह मिलीग्राम रिबन10,11की पूरी लंबाई के साथ तेजी से और गैर विनाशकारी लक्षण वर्णन करने के लिए लागू हितकर था ।

में अधिक विस्तृत अंतर्दृष्टि परिक्रमा संरचनात्मक व्यवस्था hyperfine बातचीत के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है कि संवेदनशील गुंजयमान परमाणुओं के स्थानीय परमाणु व्यवस्था को प्रतिबिंबित । इसके अलावा, टोपोलॉजिकल और रासायनिक कम रेंज क्रम में बदलाव से पता चल सकता है । इस संबंध में, परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) स्पेक्ट्रोमेट्री और/या Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री, दोनों ५७Fe नाभिक पर प्रदर्शन की तरह तरीकों,12,13माना जाना चाहिए । जबकि पूर्व विधि विशेष रूप से चुंबकीय द्विध्रुवीय hyperfine बातचीत के लिए प्रतिक्रिया प्रदान करता है, बाद इलेक्ट्रिक quadrupole बातचीत के लिए भी संवेदनशील है । इस प्रकार, Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री संरचनात्मक व्यवस्था और गुंजयमान आयरन नाभिक14के चुंबकीय राज्यों दोनों पर एक साथ उपलब्ध जानकारी बनाता है ।

फिर भी, उचित आंकड़े प्राप्त करने के लिए, एक Mössbauer स्पेक्ट्रम के अधिग्रहण में आमतौर पर कई घंटे लगते हैं । इस प्रतिबंध पर विचार किया जाना चाहिए विशेष रूप से जब तापमान पर निर्भर प्रयोगों की कल्पना की है । उंनत तापमान प्रयोग के दौरान लागू किया जाता है कि जांच MGs15में संरचनात्मक संशोधनों का कारण बनता है । नतीजतन, केवल पूर्व सीटू प्रयोगों के नमूनों पर कमरे के तापमान पर प्रदर्शन किया है कि पहले कुछ तापमान पर annealed थे और फिर परिवेश स्थितियों के लिए लौटे विश्वसनीय परिणाम प्रदान करते हैं.

गर्मी उपचार के दौरान मिलीग्राम संरचनाओं के विकास नियमित रूप से विश्लेषणात्मक तकनीक है जो उदाहरण के लिए एक्स-रे विवर्तन सिंक्रोट्रॉन विकिरण (DSR), अवकलन स्कैनिंग calorimetry (डीएससी), या चुंबकीय के रूप में तेजी से डेटा अधिग्रहण सक्षम द्वारा अध्ययन किया जाता है माप. हालांकि सीटू प्रयोगों में संभव है, प्राप्त जानकारी या तो संरचनात्मक (DSR, DSC) या चुंबकीय (चुंबकीय डेटा) सुविधाओं की चिंताओं । हालांकि, डीएससी (और चुंबकीय मापन) के मामले में, क्रिस्टलीकरण के दौरान उभरने वाले (नैनो) अनाज के प्रकार की पहचान संभव नहीं है । दूसरी ओर, DSR डेटा जांच प्रणाली के चुंबकीय राज्यों का संकेत नहीं है । इस स्थिति के लिए एक समाधान एक तकनीक है कि hyperfine बातचीत का उपयोग करता है: सिंक्रोट्रॉन विकिरण16के NFS है । यह तरीकों के एक समूह के अंतर्गत आता है कि परमाणु गुंजयमान कैटरिंग प्रक्रियाओं17का दोहन । synchrotrons की तीसरी पीढ़ी से प्राप्त विकिरण की अत्यंत उच्च प्रतिभा के कारण, तापमान NFS प्रयोग के तहत सीटू की स्थिति में व्यवहार्य बन गया18,19,20,21 ,२२,२३.

दोनों Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री और NFS एक ही भौतिक ५७Fe नाभिक के ऊर्जा स्तर के बीच परमाणु अनुनाद से संबंधित सिद्धांतों द्वारा नियंत्रित कर रहे हैं । फिर भी, जबकि पूर्व स्कैन ऊर्जा डोमेन में hyperfine बातचीत, बाद समय डोमेन में interferograms प्रदान करता है । इस तरह, दोनों तरीकों से प्राप्त परिणाम समकक्ष और पूरक हैं । NFS डेटा का मूल्यांकन करने के लिए, एक उचित भौतिक मॉडल स्थापित किया जाना चाहिए । यह चुनौतीपूर्ण कार्य Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री की मदद से पूरा किया जा सकता है जो पहले अनुमान प्रदान करता है । इन दोनों पद्धतियों के बीच Complementarity का अर्थ है कि सीटू NFS में क्षणिक राज्यों का निरीक्षण करती है और Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री स्थिर राज्यों को दर्शाती है, अर्थात प्रारंभिक और/या एक सामग्री की अंतिम स्थिति पूर्व सीटूका अध्ययन किया ।

यह लेख विस्तार से इन दो परमाणु अनुनादों के कम आम तरीकों के चयनित अनुप्रयोगों का वर्णन: यहां, हम उंहें संरचनात्मक संशोधनों की जांच करने के लिए लागू होते है कि एक (Fe२.८५Co1में)७७मो8घन1 बी14 एमजी हीट ट्रीटमेंट से अवगत कराया । हमें उंमीद है कि इस अनुच्छेद के शोधकर्ताओं के हित को आकर्षित करती है इसी तरह की घटना की जांच के लिए इन तकनीकों का उपयोग करें और सामग्री के विभिंन प्रकार के साथ अंततः ।

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Protocol

1. एक मिलीग्राम की तैयारी

नोट: Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री, एक उपयुक्त मिलीग्राम संरचना के साथ संयोजन में NFS के नैदानिक क्षमताओं का एक व्यापक रेंज प्रदर्शित करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, अर्थात् (Fe3सह1)७६मो8घन1बी15 (पर.%) । इस प्रणाली क्रिस्टलीकरण की शुरुआत के नीचे ferromagnetic से paramagnetic राज्य के चुंबकीय संक्रमण से पता चलता है । इसके अलावा, crystallites कि पहली क्रिस्टलीकरण कदम के दौरान उभर बीसीसी-Fe, सह चरण फार्म । क्योंकि कोबाल्ट बीसीसी जाली के कुछ परमाणु स्थितियों में लोहे की जगह, संबंधित hyperfine बातचीत में विचलन हो ।

  1. पिघलने की तैयारी
    नोट: Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री और NFS ५७Fe नाभिक के hyperfine बातचीत के माध्यम से स्थानीय परमाणु व्यवस्था स्कैन कि जांच नमूनों में मौजूद हैं । सभी Fe आइसोटोप के बीच इस स्थिर nuclide की प्राकृतिक बहुतायत है, लेकिन केवल २.१९%. के अधिग्रहण के समय में कमी करने के लिए सीटू NFS प्रयोगों, ५७Fe आइसोटोप के सापेक्ष सामग्री के बारे में ५०% तक बढ़ जाना चाहिए ।
    1. एक क्वार्ट्ज ग्लास क्रूसिबल ले लो (15 मिमी के व्यास के साथ बेलनाकार आकार), बोरान नाइट्राइड के साथ अपने भीतर की दीवारों को कवर करने के लिए दीवारों से एसआई द्वारा सामग्री के संभावित संदूषण से बचने के लिए, और सम्मिलित ०.४०५० जी के अत्यधिक समृद्ध ५७Fe (~ ९५%) और मानक के ०.५२६७ g इलेक्ट्रोलाइटिक शुद्ध आयरन (शुद्धता ९९.९५%) इस क्रूसिबल के लिए । मिश्रण का कुल द्रव्यमान ०.९३१७ ग्राम का है और सीए की isotopic संवर्धन सुनिश्चित करता है. ५०% ५७Fe.
      नोट: स्थिर ५७Fe आइसोटोप की उच्च कीमत की वजह से, सबसे कम संभव द्रव्यमान के लिए अपनी राशि का अनुकूलन. लगभग ५०० मिलीग्राम की ५७Fe के लिए लगभग १.५ ग्राम पिघल के समग्र वजन सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त होना चाहिए यह तैयारी उपकरणों की कम प्रौद्योगिकीय सीमा है.
    2. इलेक्ट्रोलाइटिक सह के ०.३२४५ ग्राम जोड़ें (९९.८५%), घन के 0.0184 जी (९९.८%), एमओ के ०.२२२२ ग्राम (९९.९५%) और क्रिस्टलीय बी के ०.०४७० जी (एक ही क्वार्ट्ज ग्लास क्रूसिबल में ९९.९५%) । मिश्रण का कुल द्रव्यमान १.५४३८ g का है और चूर्ण की अभीष्ट रचना है (Fe3Co1)७६मो8घन1B15.
    3. ऑक्सीकरण से बचने के लिए सुरक्षात्मक आर्गन (4N8) वातावरण के तहत एक क्वार्ट्ज कांच क्रूसिबल में आगमनात्मक हीटिंग द्वारा मानक इलेक्ट्रोलाइटिक सामग्री के प्राप्त मिश्रण पिघला, और 90-120 kHz के एक रेडियोफ्रीक्वेंसी क्षेत्र का उपयोग करें ।
      नोट: रेडियो आवृत्ति क्षेत्र क्रूसिबल में व्यक्तिगत घटकों के मिश्रण सुनिश्चित करता है । उनके मिश्रण एड़ी धाराओं की मदद से आगे बढ़ना है जब एक पिघल का गठन किया है । पाउडर मिश्रण पिघला और एक तरल फार्म के लिए पर्याप्त समय की अनुमति दें । दृश्य निरीक्षण पर्याप्त है, वहां कोई परिणाम के परिणामस्वरूप तरल के तापमान को मापने की जरूरत है ।
    4. प्राप्त छोटे पिंड को क्रूसिबल से निकाल दें । नेत्रहीन इसकी सतह पर लावा स्पॉट के किसी भी निशान की घटना की जांच करें । यदि वर्तमान, उंहें यांत्रिक चमकाने के द्वारा हटा दें ।
  2. रिबन के आकार का नमूना तैयार करना
    1. planar फ्लो कास्टिंग के लिए एक उपकरण का उपयोग करें । इस तरह के एक उपकरण का एक उदाहरण चित्रा 1में दिखाया गया है ।
      नोट: एक क्वार्ट्ज ट्यूब के अंदर पिघल एक शमन पहिया जो हवा में घूमता है पर एआर फ्लो द्वारा निष्कासित कर दिया है । वहां विशेष वायुमंडलीय परिस्थितियों के लिए कोई ज़रूरत नहीं है जिसके तहत शमन पहिया (जैसे, निर्वात या निष्क्रिय गैस वातावरण) संचालित है पिघल की इस रचना के लिए ।
    2. क्योंकि पिंड (~ १.५ g) के छोटे वजन के, एक नोक है कि व्यास में ०.८ mm के एक दौर छिद्र है के साथ एक क्वार्ट्ज ट्यूब का चयन करें । पिंड अंदर रखो और यह आगमनात्मक हीटिंग का उपयोग कर पिघला । 1280-1295 डिग्री सेल्सियस पर पिघल के तापमान रखें ।
    3. ठंडा व्हील की सतह की गति ४० मी. को समायोजित करें ।
    4. परिवेश की स्थिति, यानी, हवा में के तहत घूर्णन शमन पहिया पर पिघल कास्ट ।
      नोट: परिणामी रिबन के बारे में 1.5-2 मिमी चौड़ा, 25-27 µm मोटी, और 5 मीटर लंबा है । रिबन, जो आसपास के हवा के माहौल में उत्पादन के दौरान उजागर किया गया था की हवा की ओर, ऑप्टिकली चमकदार (चमकदार) है, जबकि विपरीत पहिया पक्ष, जो शमन पहिया के साथ सीधे संपर्क में था, चटाई (सुस्त) है । इन सूक्ष्म रिबन गुण पिघल के कम द्रव्यमान से परिणाम । इस प्रकार, यह के रूप में उत्पादित की अंतिम रासायनिक संरचना सत्यापित करने के लिए महत्वपूर्ण है-बुझती रिबन क्योंकि व्यक्तिगत तत्वों की कम इनपुट जनता की ।
  3. रिबन की अंतिम रासायनिक संरचना का सत्यापन
    1. कई तैयार (पांच तक) रिबन के छोटे टुकड़े, प्रत्येक के बारे में ०.७० मिलीग्राम के एक बड़े पैमाने पर होने. अपनी लंबाई के साथ उत्पादित रिबन के विभिन्न भागों से उन्हें चुना.
    2. ध्यान केंद्रित की 1 मिलीलीटर में रिबन के हर एक टुकड़ा भंग (६७%) िनॉ3 एसिड और पानी के साथ भरने के लिए ५० मिलीलीटर तक पहुंचने के लिए समाधान की कुल मात्रा ।
    3. inductively युग्मित प्लाज्मा (OES-आईसीपी) के साथ ऑप्टिकल उत्सर्जन स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा एमओ और बी की सामग्री का निर्धारण । उपकरण के मैनुअल में प्रदान की के रूप में बाहरी अंशांकन की विधि का उपयोग करें । निंनलिखित तरंग दैर्ध्य पर संकेत रिकॉर्ड: २०३.८४४ एनएम और २०४.५९८ एनएम में मो, और बी २४९.७७३ एनएम में ।
    4. लौ परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोमेट्री (एफ आस) द्वारा Fe, Co, और घन की सामग्री का निर्धारण । उपकरण के मैनुअल में प्रदान के रूप में बाह्य अंशांकन की विधि का प्रयोग करें, और इन तरंग दैर्ध्य का चयन करें: Fe पर २४८.३ एनएम, Co पर २४०.७ एनएम, और घन पर ३२४.७ एनएम ।
  4. उत्पादित रिबन के संरचनात्मक लक्षण वर्णन
    1. डींग-Brentano ज्यामिति में एक्स-रे विवर्तन (XRD) प्रदर्शन करके उत्पादित रिबन के अमली प्रकृति की जांच; ०.१५४०५६ एनएम के एक तरंग दैर्ध्य के साथ घन anode का प्रयोग करें, एक बिंदु के लिए ०.०५ डिग्री के एक कोणीय कदम और 20 एस के अधिग्रहण समय के साथ 20-100 ° 2Θ से विवर्तन पैटर्न रिकॉर्ड ।
      नोट: एक अमली नमूना के XRD diffractogram चित्रा 2में दिखाए गए लोगों की तरह व्यापक प्रतिबिंब चोटियों की विशेषता है. crystallites की मौजूदगी का संकेत देने वाली कोई संकीर्ण रेखाएं मौजूद नहीं होनी चाहिए ।
    2. के बारे में 3-5 मिलीग्राम की कुल द्रव्यमान के साथ उत्पादित रिबन के छोटे टुकड़े तैयार है और उंहें एक DSC उपकरण के एक ग्रेफाइट क्रूसिबल में जगह है ।
      नोट: लंबाई में लगभग 2 mm के छोटे टुकड़ों को कैंची से रिबन से काटा जा सकता है ।
    3. Ar वायुमंडल के अंतर्गत 50-700 ° c के तापमान श्रेणी में 10 K/min का तापमान रैंप के साथ DSC प्रयोग निष्पादित करें ।
    4. क्रिस्टलीकरण टीx1, जो डीएससी वक्र पर सबसे स्पष्ट चोटी की गुत्थी में लिया जाता है की शुरुआत के तापमान का निर्धारण ।
      नोट: क्रिस्टलीकरण टीx1 की शुरुआत के तापमान चित्रा 3 में एक तीर से संकेत दिया है ।
    5. एनीलिंग के पांच तापमान को चुना है जो आगे पूर्व सीटू एनीलिंग के लिए डीएससी पर पूर्व-क्रिस्टलीकरण और सघन क्षेत्रों दोनों को कवर करते हैं ।
      नोट: हमारे मामले में, उचित तापमान ३७०, ४१०, ४५०, ५१०, और ५५० डिग्री सेल्सियस के रूप में चित्र 3में दिखाया गया है ।
  5. माजी सीटू एनीलिंग
    1. के रूप में बुझती रिबन के ~ 7 सेमी लंबे टुकड़े (कुल लंबाई) के पांच समूहों को तैयार करें । व्यक्तिगत रिबन से कम 1 सेमी लंबा होना चाहिए ।
    2. पूर्व सीटू एनीलिंग के लिए, एक भट्ठी (चित्रा 4) का उपयोग करें. निर्धारित गंतव्य तापमान और इसके स्थिरीकरण के लिए 15 मिनट के लिए रुको ।
      नोट: भट्ठी डिजाइन इज़ोटेर्माल एनीलिंग के लिए ंयूनतम शुरुआत समय सुनिश्चित करता है । ऊपरी और निचले दौर बड़े पैमाने पर निकल मढ़वाया तांबे ब्लॉकों है कि एक तापमान homogenizer के रूप में कार्य: इस भट्ठी दो भागों के होते हैं । कंठाल एक स्ट्रिप्स तापमान विनियमन और स्थिरीकरण के उच्च गतिशीलता के साथ ब्लॉक गर्मी । गंतव्य तापमान है कि चरण 1.4.5 में निर्धारित किया है ।
    3. खाली और थर्मल स्थिर क्षेत्र में रिबन के टुकड़े डालें । ऐसा करने के लिए, दो ब्लॉकों के बीच एक 7-10 mm गैप खोलें और सीधे गर्म क्षेत्र के केंद्र में रिबन स्लाइड ।
    4. गैप को तुरंत बंद कर दें । इस तरह, नमूना का तापमान एक ०.१ K अंतर के भीतर 5 से भी कम समय में भट्ठी तापमान प्राप्त है ।
    5. सतह ऑक्सीकरण को रोकने के लिए निर्वात के तहत 30 मिनट के लिए ३७०, ४१०, ४५०, ५१०, और ५५० डिग्री सेल्सियस पर एनीलिंग प्रदर्शन ।
    6. एनीलिंग के बाद, गरम रिबन निकालें और उंहें वैक्यूम प्रणाली के अंदर एक ठंडी सब्सट्रेट पर जगह है । यह कमरे के तापमान के लिए नमूनों की तेजी से ठंडा सुनिश्चित करता है ।
      नोट: के रूप में शमन रिबन के थर्मल उपचार संरचनात्मक परिवर्तन है कि अंततः मूल रूप से अमली सामग्री के क्रिस्टलीकरण के लिए नेतृत्व लाती है ।

2. जांच के तरीके

  1. Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री
    नोट: आयरन का उपयोग ५७Fe में के बारे में ५०% करने के लिए अध्ययन किया एमजी के उत्पादन के लिए समृद्ध सीटू NFS प्रयोगों में के लिए पर्याप्त रूप से कम अधिग्रहण बार सुनिश्चित करता है. दूसरी ओर, रिबन की प्रभावी मोटाई काफी बढ़ जाती है । यह बहुत उच्च अवशोषण Mössbauer वर्णक्रमीय एक पारंपरिक संचरण ज्यामिति प्रयोग में दर्ज की गई लाइनों के विस्तार से संबंधित मुद्दों बन गया है । यही कारण है कि Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री की सतह संवेदनशील तकनीकों पर विचार किया जाना चाहिए । अर्थात्, रूपांतरण इलेक्ट्रॉन Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री (CEMS) और रूपांतरण एक्स-रे Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री (CXMS) लागू किया जा सकता है । जबकि CEMS के बारे में २०० एनएम की गहराई के लिए उपसतह क्षेत्रों को स्कैन, CXMS गहरे क्षेत्रों है कि लगभग 5-10 µm के लिए नीचे का विस्तार से जानकारी प्रदान करता है ।
    1. CEMS/CXMS प्रयोगों के लिए नमूने तैयार; एक नमूना के लिए ~ 1 सेमी लंबे रिबन के 6-8 टुकड़े का उपयोग करें ।
    2. के बारे में 1 x 1 cm2का एक कॉम्पैक्ट क्षेत्र बनाने के लिए एक एल्यूमीनियम धारक के साथ-साथ रिबन के साथ संलग्न; रिबन के सिरों पर चिपकने वाला टेप का उपयोग करें; सभी रिबन अपने हवा पक्षों के साथ ऊपर की ओर रखा जाना चाहिए ।
      नोट: सुनिश्चित करें कि वहां रिबन और धारक के बीच एक बिजली के संपर्क है और है कि नमूने के केंद्रीय भाग (के बारे में 8 x 10 मिमी2) किसी भी सतह संदूषण से साफ है, जैसे, चिपकने वाला टेप के अवशेष है ।
    3. CEMS/CXMS डिटेक्टर में नमूने के साथ एल्यूमीनियम धारक डालें ।
    4. माप से पहले, अच्छी तरह से सभी अवशिष्ट हवा को निष्कासित करने के लिए पता लगाने गैस की एक धारा के साथ भीतरी डिटेक्टर मात्रा धोने. इस कार्यविधि को पूरा करने के लिए 10-15 मिनट की अनुमति दें ।
    5. 3 मिलीलीटर/मिनट के लिए एक सुई वाल्व द्वारा डिटेक्टर के माध्यम से गैस के प्रवाह को समायोजित करें ।
    6. डिटेक्टर के लिए एक उच्च वोल्टेज कनेक्ट: एक ठेठ मूल्य के बारे में CEMS के लिए १.२ केवी और के बारे में २०० CXMS के लिए उच्च वी है ।
    7. रिकार्ड CEMS और CXMS Mössbauer स्पेक्ट्रा एक निरंतर त्वरण स्पेक्ट्रोमीटर एक ५७Co/आरएच रेडियोधर्मी स्रोत के साथ सुसज्जित का उपयोग कर । मैनुअल के अनुसार कमरे के तापमान पर एक गैस डिटेक्टर के साथ स्पेक्ट्रोमीटर काम करते हैं ।
    8. एक गैस एक वह ch4 और Ar + ch4 गैस मिश्रण से भरा डिटेक्टर द्वारा रूपांतरण इलेक्ट्रॉनों और एक्स-रे का पता लगाने को पूरा, क्रमशः । दोनों मामलों में CH4 की मात्रा 10% पर रखें ।
    9. दोहराएं चरण 2.1.2 के लिए 2.1.8 रिबन के व्हील साइड के लिए ।
    10. एक पतली (१२.५ µm) α-Fe पंनी का उपयोग करके तंत्र का वेग अंशांकन14 प्रदर्शन ।
    11. CEMS/CXMS स्पेक्ट्रा का मूल्यांकन; उद्धरण प्राप्त isomer shift मान अंशांकन α-Fe पंनी के एक कमरे के तापमान Mössbauer स्पेक्ट्रम के संबंध में ।
      नोट: प्राप्त Mössbauer स्पेक्ट्रा किसी भी उपयुक्त फिटिंग कोड द्वारा मूल्यांकन किया जा सकता है, उदाहरण के लिए Confit सॉफ्टवेयर24द्वारा.
  2. Nfs
    1. एक सिंक्रोट्रॉन पर एक उपयुक्त परमाणु अनुनाद beamline का उपयोग कर NFS प्रयोगों को पूरा. एक संभावित विकल्प: ग्रेनोबल, फ्रांस में यूरोपीय सिंक्रोट्रॉन विकिरण सुविधा (ESRF) में 18 आईडी । 25
    2. धुन फोटॉन बीम की ऊर्जा के लिए १४.४१३ कीव के साथ एक बैंडविड्थ ~ 1 meV ।
    3. एक वैक्यूम भट्ठी में एक लगभग 6 मिमी लंबे रिबन की जांच की मिलीग्राम प्लेस ।
    4. 10 K/मिनट के एक रैंप के साथ ७०० डिग्री सेल्सियस तक के तापमान के लिए नमूना के सतत हीटिंग के दौरान NFS समय-डोमेन पैटर्न रिकॉर्ड करें । सीटू एनीलिंग प्रक्रिया में संपूर्ण के दौरान प्रायोगिक डेटा के अधिग्रहण के लिए 1-ंयूनतम समय अंतराल का उपयोग करे ।
      नोट: NFS प्रयोग के संचरण ज्यामिति सुनिश्चित करता है कि hyperfine बातचीत पर जानकारी है नमूना थोक से प्राप्त की है ।
    5. एक उपयुक्त सॉफ्टवेयर (जैसे, www.nrixs.com) का उपयोग कर NFS प्रयोगात्मक डेटा का मूल्यांकन करें ।
      नोट: सीटू प्रयोग में एक के दौरान, आम तौर पर अप करने के लिए १०० NFS समय-डोमेन पैटर्न रिकॉर्ड किए जाते हैं । CONUSS सॉफ्टवेयर पैकेज26,27द्वारा उनके मूल्यांकन के दौरान, एक विशेष मुफ्त सॉफ्टवेयर Hubert कहा जाता है कि एक अर्द्ध स्वत:28मोड में इतनी विशाल डेटा मात्रा का मूल्यांकन कर सकते है के आवेदन पर विचार करें ।

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Representative Results

चित्रा 2 में XRD पैटर्न व्यापक सुविधापूर्ण विवर्तन चोटियों प्रदर्शित । मनाया प्रतिबिंब प्रदर्शित करता है कि का उत्पादन रिबन (Fe२.८५Co1)७७मो8घन1बी14 मिलीग्राम XRD अमली है ।

अपनी संवेदनशीलता के कारण, XRD सतह क्रिस्टलीकरण अनावरण में कुछ सीमाएं हैं । crystallites की उपस्थिति के बारे में 2-3% से कम मिलीग्राम की मात्रा महत्वपूर्ण नहीं है । इस प्रकार कभी-कभार ' XRD अमली ' शब्द का प्रयोग होता है ।

3 चित्रा में दर्ज DSC में प्रारंभिक कमी के रूप में के संरचनात्मक छूट के कारण होता है-बुझती मिलीग्राम, जो अप करने के लिए के मध्यम तापमान पर गर्मी उपचार के दौरान जगह लेता है ~ ४०० ° c । डीएससी सिग्नल की निम्न स्पष्ट कमी क्रिस्टलीकरण के पहले चरण से मेल खाती है । क्रिस्टलीकरण शुरुआत का तापमान 10 K/मिनट के रैंप के साथ के बारे में ४०० ° c है । एनीलिंग के चयनित तापमान ठोस हलकों द्वारा संकेत कर रहे हैं ।

अच्छी तरह से परिभाषित एक क्रिस्टलीय जाली में गुंजयमान लौह परमाणुओं की स्थिति है, जो कई जाली स्थिरांकों पर लंबी दूरी के आदेश अनुवाद समरूपता दर्शाते हैं, इसी Mössbauer स्पेक्ट्रा में संकीर्ण वर्णक्रमीय लाइनें प्रदान करते हैं । वे वर्णक्रमीय मापदंडों जो व्यक्तिगत संरचनात्मक व्यवस्था के लिए अद्वितीय है और इस तरह से, वे विभिंन क्रिस्टलीय चरणों की पहचान के लिए उंगलियों के निशान के रूप में कार्य के असतत मूल्यों की सुविधा ।

दूसरी ओर, गैर-समकक्ष परमाणु पदों में परिक्रमा अमली सामग्री के कारण वर्णक्रमीय लाइनों का विस्तार हो रहा है । इस प्रकार, जुड़े वर्णक्रमीय मापदंडों उनके संबंधित मूल्यों के वितरण प्रदर्शित । hyperfine वर्णक्रमीय मानकों के वितरण कम दूरी के आदेश, यानी, गुंजयमान परमाणुओं की स्थानीय परमाणु व्यवस्था के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं । तदनुसार, Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री संरचनात्मक व्यवस्था के प्रकार की प्रत्यक्ष पहचान, विशेष रूप से, क्रिस्टलीय (सीआर) बनाम अमली (AM) के रूप में चित्रा 5में दिखाया गया है की अनुमति देता है ।

दोनों संकीर्ण और व्यापक वर्णक्रमीय लाइनों NCA के Mössbauer स्पेक्ट्रा जो गर्मी उपचार द्वारा MGs से प्राप्त कर रहे हैं में होते हैं । इसके अलावा, quadrupole बंटवारे सहित hyperfine बातचीत के प्रकार (Δ) एक नक़ल और hyperfine चुंबकीय क्षेत्र (बी) एक sextet के क्रमशः गैर चुंबकीय और चुंबकीय नमूनों के बीच भेद कर सकते हैं । अमली नमूनों के मामले में संबंधित वितरण पी (Δ) और पी (बी) प्राप्त कर रहे हैं ।

सामान्य तौर पर, जांचे गए नमूनों में अमली क्षेत्र चुंबकीय या paramagnetic मूल के हो सकते हैं । वे hyperfine चुंबकीय क्षेत्र पी (बी) और quadrupole बंटवारे पी (Δ), क्रमशः के वितरण के वितरण द्वारा मॉडलिंग कर रहे हैं । हमारे मामले में, के रूप में बुझती राज्य (Fe२.८५Co1)७७मो8घन1बी14 मिलीग्राम चुंबकीय है, लेकिन paramagnetic क्षेत्रों मध्यम गर्मी उपचार के बाद चुंबकीय मैट्रिक्स के अंदर विकसित (की शुरुआत करने के लिए क्रिस्टलीकरण).

क्रिस्टलीकरण की शुरुआत के बाद, नए गठन nanocrystallites अवशिष्ट अमली मैट्रिक्स में उभरने । बाद के रूप में बुझती राज्य, यानी, चुंबकीय और गैर चुंबकीय क्षेत्रों की उपस्थिति के रूप में एक ही सुविधाओं से पता चलता है । इसके अलावा, परमाणुओं कि nanograins प्रदर्शन परेशान समरूपता की सतहों पर स्थित हैं । एक तरफ से, वे एक क्रिस्टलीय जाली के सही क्रम का अनुभव; दूसरी तरफ से वे परिक्रमा अमली मैट्रिक्स के संपर्क में हैं. नतीजतन, इन परमाणुओं अमली आराम और crystallites के बीच इंटरफेस का एक प्रकार के रूप में । इस प्रकार, वे hyperfine चुंबकीय क्षेत्र पी (बी) के एक अतिरिक्त वितरण द्वारा मॉडलिंग की थी क्योंकि इस घटक के अत्यधिक29चुंबकीय है ।

कार्यरत फिटिंग सॉफ्टवेयर24 का निर्धारण sextet या Lorentzian लाइनों के नक़ल के एक कनवल्शनफ़िल्टर्स के रूप में वितरण का निर्माण (०.१९५ mm के एक Mössbauer लाइन चौड़ाई के साथ/Gaussians के साथ) । हम स्पेक्ट्रा के मनाया विषमता के लिए खाते में तीन Gaussians करने के लिए उपयोग किया है । Isomer बदलाव, hyperfine चुंबकीय क्षेत्र, या quadrupole बंटवारे के साथ ही निर्धारित sextet या नक़ल के क्षेत्र में लगे थे मापदंडों । 2एन डी और sextets के 5वें लाइनों के लाइन तीव्रता फिट थे, और लाइनों (1 + 6):(3 + 4) के लाइन की गहनता अनुपात 3:1 के लिए तय किया गया था । व्यक्तिगत गॉस वितरण की चौड़ाई (मानक विचलन) फिट थे.

सभी Mössbauer स्पेक्ट्रा में, केवल चुंबकीय विभाजित क्रिस्टलीय घटकों की उपस्थिति मनाया गया । वे Lorentzian रेखाओं के वैयक्तिक sextets से सज्जित थे. फिट पैरामीटर isomer बदलाव, hyperfine चुंबकीय क्षेत्र, रेखा की चौड़ाई, 2एन डी की तीव्रता और 5वें लाइनों, और घटक के क्षेत्र शामिल थे । लाइनों की लाइन तीव्रता अनुपात (1 + 6):(3 + 4) 3:1 करने के लिए तय किया गया था ।

कुछ स्पेक्ट्रा में, के रूप में कई के रूप में छह व्यक्तिगत sextets इस्तेमाल किया गया । यहां दो sextets को चुंबकीय आक्साइड सौंपा गया । हम annealed नमूनों में नवगठित nanograins का प्रतिनिधित्व करने के लिए चार sextets तक का उपयोग किया है । इसी क्रिस्टलीय चरण बीसीसी-fe, सह में जो सह कुछ जाली साइटों पर fe की जगह है । ध्यान में सह निकटतम पड़ोसियों के सबसे संभावित संख्या के द्विपद वितरण में ले जा, अप करने के लिए चार sextets व्यक्ति annealed नमूनों में कुल क्रिस्टलीय सामग्री पर भी निर्भर करता है इस स्थिति मॉडल के लिए इस्तेमाल किया गया.

CEMS स्पेक्ट्रा के निकट सतह क्षेत्रों से लिया (के बारे में २०० एनएम की गहराई) संरचनात्मक व्यवस्था है कि चुना तापमान पर एक 30-ंयूनतम एनीलिंग द्वारा प्रेरित किया गया था प्रतिबिंबित । CEMS स्पेक्ट्रा कमरे के तापमान पर हवा और रिबन के पहिया पक्षों से लिया चित्रा 6में दिखाया गया है ।

CXMS स्पेक्ट्रा कि गहरी उपसतह क्षेत्रों में जांच मिलीग्राम की संरचनात्मक व्यवस्था को स्पष्ट करना (लगभग 5-10 µm के नीचे) चित्रा 7में दिखाया गया है ।

क्रिस्टलीय चरणों के लिए इसी वर्णक्रमीय घटकों के सापेक्ष क्षेत्रों दोनों तरीकों से व्युत्पंन के रूप में चित्रा 8 में एनीलिंग तापमान के एक समारोह के रूप में रची जाती हैं ।

चित्रा 6 और चित्रा 7 में अच्छी तरह से संकीर्ण Mössbauer लाइनों बीसीसी-Fe, सह क्रिस्टलीय अनाज है कि ४१० डिग्री सेल्सियस पर एनीलिंग के बाद दिखाई के गठन का संकेत मिलता है । एनीलिंग की बढ़ती तापमान के साथ, उनकी राशि उत्तरोत्तर बढ़ जाती है के रूप में चित्र 8में दिखाया गया है । वे करीब में CEMS द्वारा परतों की सतह के रूप में के रूप में अच्छी तरह से गहरे क्षेत्रों में CXMS द्वारा की पहचान कर रहे हैं ।

संकीर्ण Mössbauer लाइनों के निशान भी एनीलिंग के कम तापमान के बाद पता चला रहे है और यहां तक कि के रूप में-बुझती राज्य में, अर्थात् पहिया पक्ष पर ( चित्रा घमण्ड और चित्रा 7bदेखें) । वे जंग उत्पादों के Fe आक्साइड के हैं । उत्पादन प्रक्रिया के दौरान कुछ आर्द्र हवा पिघलने और शमन करने वाले पहिए के बीच फंस जाती है । नमी तुरंत लुप्त हो जाती है और हवा जेब के अंदर जो जंग शुरू हो सकता है रूपों । इस घटक से Mössbauer संकेत बहुत कमजोर है और उच्च तापमान पर एनीलिंग के बाद यह है कि उभरते बीसीसी-Fe, Co nanocrystals के साथ छा गया है । उल्लेखनीय है कि जंग के उत्पादों की पहचान मुख्य रूप से इन नमूनों में ५७Fe की उच्च सामग्री के कारण सक्षम थी । एक प्राकृतिक लोहा अपने उत्पादन के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए, इस वर्णक्रमीय घटक का पता लगाया गया है नहीं होगा. इस संबंध में, Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री लोहे से युक्त क्रिस्टलीय चरणों की पहचान के लिए अधिक संवेदनशील है उदाहरण के लिए, XRD ।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि संकीर्ण Mössbauer लाइनों, जो nanocrystallites की उपस्थिति का संकेत है, अच्छी तरह से ४१० डिग्री सेल्सियस पर एनीलिंग के बाद प्रतिष्ठित हैं । फिर भी, इन पंक्तियों के निशान ३७० डिग्री सेल्सियस पर एनीलिंग के बाद पता चला रहे हैं, जो टी से एक कम तापमानx1 DSC द्वारा सुझाए गए हैं । वे हवा की ओर अधिक स्पष्ट कर रहे हैं, जहां शमन शर्तों पहिया पक्ष पर के रूप में इतना प्रभावी नहीं हैं । इस प्रकार, क्रिस्टलीकरण रिबन की इस सतह पर शुरू कर दिया है ।

Mössbauer स्पेक्ट्रा बीसीसी-Fe, सह क्रिस्टलीय चरण चार संकीर्ण sextets Co0, Co1, सीओ 2, और Co3 के रूप में चिह्नित का उपयोग कर मूल्यांकन किया गया । वे शूंय, एक, दो, और तीन सह निकटतम पड़ोसियों, तदनुसार के साथ Fe पदों का प्रतिनिधित्व करते हैं । प्राप्त hyperfine चुंबकीय क्षेत्र चित्रा 9में दिखाया गया है । सह परमाणुओं की बढ़ती संख्या के साथ, Fe साइटों पर hyperfine चुंबकीय क्षेत्र वृद्धि हुई है । वे व्यक्तिगत तरीकों के लिए सभी एनीलिंग तापमान पर औसत रहे थे, कि है, CEMS और CXMS रिबन के दोनों किनारों पर लागू होता है । अंतत:, चार आंशिक मानों का औसत प्राप्त किया गया था । परिणामस्वरूप hyperfine चुंबकीय क्षेत्र चित्रा 9aमें रची गई हैं ।

hyperfine चुंबकीय क्षेत्र है, जो सह निकटतम पड़ोसियों की एक अलग संख्या के अनुरूप के विकास, एनीलिंग तापमान के खिलाफ चित्र 9b में रची गई है । वे चित्रा 9aसे लिया औसत मूल्यों के आसपास बिखरे हुए हैं । उल्लेखनीय विचलन कम एनीलिंग तापमान पर Co0 और सीओ 2 के लिए मनाया जाता है । यह उल्लेखनीय है कि सीओ 2 घटक ३७० डिग्री सेल्सियस पर एनीलिंग के बाद भी दिखाई दिया है । यह इंगित करता है कि बीसीसी-Fe, Co nanocrystals इस तापमान पर पहले से ही बढ़ने लगते हैं । एसोसिएटेड hyperfine चुंबकीय क्षेत्र मुख्य रूप से नए गठन अनाज के आकार के प्रभाव के कारण औसत से हट जाना । इस वर्णक्रमीय घटक एक द्विपद वितरण में इसकी सबसे अधिक संभावना के कारण केवल एक के रूप में पहचाना गया था ।

४१० डिग्री सेल्सियस पर एनीलिंग के बाद, रिबन की सतह पर क्रिस्टलीकरण अच्छी तरह से प्रलेखित है ( यह भी आंकड़ा 8देखें) । इसी वर्णक्रमीय अवयव एक-Co0 को छोड़कर स्थिर hyperfine चुंबकीय क्षेत्र दर्शाते हैं । शूंय सह निकटतम पड़ोसियों के साथ Fe पदों केवल क्योंकि उनकी संभावना अपेक्षाकृत कम है प्रकट होने लगते है (Co0 की संभावना ०.०९ है, जबकि सीओ 2 के ०.३१ है) । नतीजतन, उनके hyperfine चुंबकीय क्षेत्र मूल्यों को भी प्रभावित कर रहे हैं ।

माजी सीटू Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री एक के रूप में की गर्मी उपचार द्वारा उत्पादित क्रिस्टलीय चरण (ओं) के प्रकार की पहचान करने के लिए एक उपयुक्त विधि है-बुझती मिलीग्राम । इसके अलावा, क्योंकि यह hyperfine बातचीत यह प्रतिस्थापन परमाणुओं की एक अलग संख्या के साथ जाली साइटों के बीच भेद कर सकते है जांच ।

परमाणु गुंजयमान कैटरिंग प्रभावी रूप से सिंक्रोट्रॉन विकिरण अत्यंत उच्च प्रतिभा और स्वरित्र ऊर्जा की विशेषता के साथ पूरा किया जा सकता है30। उपयुक्त ऊर्जा का चुनाव है कि ५७Fe में परमाणु स्तर की जुदाई के साथ मेल खाता है NFS की भागीदारी सामग्री अनुसंधान31में कई प्रयोगात्मक अध्ययन के लिए सक्षम बनाता है । वास्तव में, इस तकनीक Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री३२के अनुरूप माना जा सकता है ।

सिंक्रोट्रॉन विकिरण की एक विशिष्ट अवधि के साथ दलहन ~ ५० पुनश्च कई meV की एक बैंडविड्थ के साथ फोटॉनों प्रदान करते हैं । क्योंकि hyperfine बातचीत कई neV के आदेश पर कर रहे हैं, इस तरह के एक पल्स एक साथ परमाणु स्तर के बीच सभी संभव संक्रमण उत्तेजित । फलस्वरूप उत्तेजित फोटॉनों सुसंगत है और एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप । इसके विपरीत, पारंपरिक Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री में दोनों उत्तेजना और उत्तेजित क्रमिक रूप से सक्रिय कर रहे हैं जब एक रेडियोधर्मी स्रोत से जारी फोटॉनों की अनूठी ऊर्जा का अनुरोध किया ऊर्जा के लिए डॉपलर प्रभाव के माध्यम संग्राहक है. फोटॉनों के हस्तक्षेप योजनाबद्ध रूप से 10 चित्रामें तैयार की है ।

NFS समय-डोमेन प्रतिमान एक विलंबित समय के एक समारोह के रूप में नमूना द्वारा उत्सर्जित फोटॉनों की संख्या के भूखंडों का प्रतिनिधित्व करते हैं । इसके बाद एक समय है कि इन ' विलंबित ' फोटॉनों का पता लगाने तक एक सिंक्रोट्रॉन-विकिरण नाड़ी के साथ परमाणु स्तरों के उत्तेजना से गुजरा है.

माप के तापमान पर निर्भर करता है, तीन अलग तापमान क्षेत्रों प्रतिष्ठित किया जा सकता है । नतीजतन, हम तीन फिटिंग मॉडल जो ध्यान में hyperfine बातचीत के तापमान विकास और व्यक्तिगत तापमान क्षेत्रों के भीतर संरचनात्मक परिवर्तनों के साथ ले कार्यरत है ।

सबसे पहले क्षेत्र में जो क्यूरी बिंदु तक कम तापमान शामिल हैं, की जांच की मिलीग्राम अमली है और चुंबकीय बातचीत दर्शाती है । इसी भौतिक मॉडल hyperfine चुंबकीय क्षेत्र के दो वितरण के शामिल थे । वे कम दूरी के आदेश (सळो) के बजाय उच्च (~ 22 टी) और कम (~ 8 टी) औसत hyperfine चुंबकीय क्षेत्र (कमरे के तापमान पर) के साथ अमली क्षेत्रों का प्रतिनिधित्व करने की व्यवस्था के दो प्रकार के लिए आवंटित किया गया । औसत hyperfine चुंबकीय दोनों वितरण के लिए इसी क्षेत्र के मूल्य लगे थे । दोनों घटकों के सापेक्ष योगदान केवल NFS टाइम-डोमेन पैटर्न है, जो कमरे के तापमान पर दर्ज किया गया था में लगे थे । सीटू प्रयोगों में के तापमान में वृद्धि के लिए, उनके रिश्तेदार अनुपात तय रखा गया था ।

दूसरे में, यानी, क्यूरी प्वाइंट और पहले क्रिस्टलीकरण की शुरुआत के बीच मध्यवर्ती तापमान क्षेत्र, खोजी एमजी अभी भी अमली लेकिन पहले से ही paramagnetic है. जिसके परिणामस्वरूप संरचना quadrupole बंटवारे के एक एकल वितरण द्वारा मॉडलिंग की है । इस प्रकार, केवल इसका औसत मूल्य फिट किया गया था ।

पहले क्रिस्टलीकरण की शुरुआत के बाद, यानी, उच्च तापमान क्षेत्र में, बीसीसी-Fe, Co nanograins के गठन शुरू होता है । वे एक अवशिष्ट अमली मैट्रिक्स में एंबेडेड है कि प्रयोग के अधार उच्च तापमान के कारण paramagnetic है । नतीजतन, तीसरे फिटिंग मॉडल quadrupole बंटवारे जो पिछले मामले में के रूप में ही था की एक वितरण के शामिल थे । nanograins की उपस्थिति hyperfine चुंबकीय क्षेत्र (यानी, वितरित नहीं) के अद्वितीय मूल्यों के साथ अतिरिक्त चार चुंबकीय घटकों द्वारा के लिए हिसाब था । उनके रिश्तेदार अंश सह निकटतम पड़ोसियों के समान पारंपरिक Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री के मामले में के रूप में द्विपद वितरण से प्राप्त किया गया । अन्य crystallites के योगदान के नमूने के थोक में पहचान नहीं थी और यही कारण है कि कोई अतिरिक्त चुंबकीय घटकों की जरूरत थी । फिट मापदंडों nanocrystalline चरण और अमली अवशिष्ट मैट्रिक्स, उत्तरार्द्ध चरण के औसत quadrupole बंटवारे के सापेक्ष योगदान शामिल है, और hyperfine चुंबकीय क्षेत्र के चार मूल्यों को व्यक्तिगत crystallographic को सौंपा साइटों. सज्जित मापदंडों के प्राप्त तापमान विकास के सभी तीन क्षेत्रों के लिए नीचे अलग आंकड़े में प्रस्तुत कर रहे हैं ।

प्रयोगात्मक डेटा का मूल्यांकन करने से पहले, पांच आसंन अंक गिना तीव्रता बढ़ाने के लिए और इस प्रकार, संकेत करने वाली शोर अनुपात में सुधार अभिव्यक्त किया गया । विचार है कि इस्तेमाल किया हिमस्खलन फोटो डायोड डिटेक्टर के समय संकल्प ०.१ एनएस से अधिक है, इस तरह के डेटा उपचार के बारे में ०.५ एन एस के लिए है डिटेक्टर संकल्प के diminution कारण, जो अभी भी hyperfine मापदंडों के निर्धारण के लिए संतोषजनक है । इसके अलावा, प्रयुक्त डिटेक्टर NFS संकेत की तुलना में नगण्य पृष्ठभूमि गिनती दर प्रदर्शित करता है । फलस्वरूप, पृष्ठभूमि पैरामीटर शूंय पर मूल्यांकन प्रक्रिया के दौरान रखा गया था ।

NFS प्रयोगों के तापमान में निरंतर वृद्धि जो 10 K/मिनट की दर से बढ़ रहा था के दौरान प्रदर्शन किया गया । डेटा का अधिग्रहण भी निरंतर था, और NFS समय-डोमेन प्रतिमान हर मिनट के अंत में संग्रहीत किए गए थे । एक प्रयोग के दौरान, व्यक्तिगत NFS समय-डोमेन रिकॉर्ड के कई दसियों एकत्र किए गए । इस तरह, जांच मिलीग्राम के पूरे थोक में जगह ले जा रहे हैं कि संरचनात्मक परिवर्तनों की प्रगति के समय और/या तापमान के संबंध में सीटू में पालन किया जा सकता है ।

व्यक्तिगत NFS समय-डोमेन प्रतिमान के उदाहरण चित्र 11 में दिखाए जाते है जहां प्रयोगात्मक डेटा (त्रुटियों के साथ पूर्ण डॉट्स) और सैद्धांतिक रूप से परिकलित वक्र (ठोस लाइनें) दिए जाते हैं । बाद के रूप में ऊपर वर्णित अलग तापमान अंतराल के लिए अलग फिटिंग मॉडल का उपयोग कर मूल्यांकन किया गया । ध्यान रखें कि y-अक्षों को लघुगणकीय स्केल में दिया जाता है. इस प्रकार, यहां तक कि प्रयोगात्मक अंक और सैद्धांतिक रूप से गणना curves के बीच छोटे विचलन नेत्रहीन बढ़ा रहे हैं । फिर भी, क्योंकि बजाय कम गिनती की विशेष रूप से लंबे समय में देर क्षेत्र है, जहां कुछ मतभेद होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप hyperfine बातचीत पर उनके प्रभाव नगण्य है ।

सभी NFS पैटर्न समोच्च साजिश द्वारा चित्रा 12 में प्रस्तुत कर रहे हैं । resonantly बिखरे हुए फोटॉनों के समय में देरी abscissa का गठन, और NFS डेटा प्रयोग के अधिग्रहण के दौरान हीटिंग तापमान y-अक्ष पर दिया जाता है । अभिलेखों की तीव्रता लघुगणकीय स्केल में रंग-कोडेड होती है ।

चित्र 11 और 12 चित्रा में NFS रिकॉर्ड की आकृतियों में स्पष्ट विचलन स्पष्ट रूप से कुछ तापमान पर स्वीकार्य hyperfine इंटरैक्शन में परिवर्तन का संकेत है । क्यूरी तापमान टीसी ferromagnetic से अध्ययन किया मिलीग्राम के paramagnetic व्यवस्था करने के लिए संक्रमण से मेल खाती है । यह दूसरे क्रम के एक चरण संक्रमण है । देखने के एक संरचनात्मक बिंदु से, तथापि, प्रणाली अभी भी अमली है ।

टीx1 पर NFS समय डोमेन रिकॉर्ड की आकृतियों में एक नाटकीय परिवर्तन क्रिस्टलीकरण की शुरुआत से संबंधित है जब nanocrystallites अमली मैट्रिक्स से उभरने । इस संरचनात्मक रूपांतरण पुनः के साथ है चुंबकीय hyperfine बातचीत की उपस्थिति । वे नव गठित बीसीसी-Fe, Co nanograins के बीच स्थापित कर रहे हैं । यहां तक कि प्रयोग के बढ़ते तापमान के साथ, ferromagnetic आदेश बचता है ।

nanocrystals में hyperfine चुंबकीय क्षेत्र के विकास और तापमान के साथ उनके सापेक्ष राशि क्रमशः चित्रा 13a और चित्रा 13b, में दिखाए जाते हैं । ध्यान दें कि कारण NFS के उच्च संवेदनशीलता के लिए, सह परमाणुओं की एक अलग संख्या की उपस्थिति है कि गुप्त प्रतिलिपि जाली में Fe परमाणुओं के निकटतम पड़ोसियों के रूप में शामिल कर रहे है उनके hyperfine चुंबकीय क्षेत्र में मतभेदों के द्वारा प्रतिष्ठित किया जा सकता है । वे चित्रा 13 में Co3 के रूप में Co0 के रूप में चिह्नित और शूंय, एक, दो, और तीन सह निकटतम पड़ोसियों के अनुरूप हैं ।

बल्कि hyperfine चुंबकीय क्षेत्र है कि क्रिस्टलीकरण की शुरुआत में चित्रा 13a में मनाया जाता है के छोटे मूल्यों क्रिस्टलीय अनाज तैयार करने के आकार के प्रभाव के कारण हैं । उनकी जाली धीरे-से अपने अंतिम आदेश जो भी इसी hyperfine चुंबकीय क्षेत्र निर्धारित प्राप्त है । लगभग ५०० डिग्री सेल्सियस के तापमान तक पहुँचने के बाद, उत्तरार्द्ध स्थिर हो जाते हैं और उनके मूल्यों को विशेष रूप से तापमान के रूपांतरों द्वारा नियंत्रित किया जाता है । प्रयोग के बढ़ते तापमान के साथ hyperfine चुंबकीय क्षेत्र के लगभग किसी न किसी रूप में धीमी गति से कमी नव गठित क्रिस्टलीय चरण के क्यूरी तापमान के एक जगह उच्च मूल्य पता चलता है ।

nanocrystals की संख्या उत्तरोत्तर टी के लिए बढ़ जाती है > टीx1 के रूप में चित्रा 13bमें प्रदर्शन किया । व्यक्तिगत फिटिंग घटकों का तापमान विकास भी प्रदर्शित होता है । इस स्थिति में, प्रतीकों का आकार संगत त्रुटि श्रेणी से अधिक है । यह उल्लेखनीय है कि घटक Co0 और Co3 प्रदर्शन के रूप में बहुत ही मूल्यों चिह्नित । यह शूंय की कम संभावनाओं और तीन सह निकटतम पड़ोसियों के रूप में संबद्ध द्विपद वितरण से व्युत्पंन के कारण होता है ।

hyperfine के तापमान विकास के चुंबकीय और quadrupole इलेक्ट्रिक बातचीत अमली मैट्रिक्स के अंदर चित्रा 14में प्रदर्शित किया जाता है । निम्न तापमान क्षेत्र में जहाँ t < tC, दोनों मूल्यांकन घटकों के hyperfine फ़ील्ड में एक अपेक्षित तापमान चालित कमी आरेख 14aमें स्वीकार्य है । यहां, फिटिंग मॉडल hyperfine चुंबकीय क्षेत्र के दो वितरण के होते हैं ।

पूरे मिलीग्राम अमली है, हालांकि गैर चुंबकीय, टीx1पर क्रिस्टलीकरण की शुरुआत तक । उसके बाद nanocrystalline अनाज उभर आता है लेकिन अवशिष्ट अमली मैट्रिक्स अभी भी गैर-चुंबकीय है. नतीजतन, मिश्र धातु का अमली हिस्सा quadrupole बंटवारे के एक वितरण के द्वारा reproduced है और प्राप्त औसत मूल्यों तापमान के खिलाफ चित्रा 14b में रची जाती है । इस पैरामीटर में एक अचानक परिवर्तन टीx1के पास देखा जाता है । बाद वक्र के एक मोड़ बिंदु के रूप में निर्धारित किया गया था ।

व्यक्तिगत nfs समय-डोमेन पैटर्न के लिए, जो कि सीटू nfs प्रयोग के तापमान के संबंध में गणना की कुल संख्या (क्षेत्रों) का विकास चित्रा 15में दिखाया गया है । यह भी व्यक्तिगत मापदंडों का सटीक मूल्यांकन के लिए किसी भी जरूरत के बिना जांच प्रणाली के लक्षण वर्णन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । तीन अच्छी तरह से प्रतिष्ठित क्षेत्रों की पहचान की जा सकती है । वे विशिष्ट तापमान टीसी और टीx1द्वारा अलग कर रहे हैं । ध्यान दें कि टीसीपर, NFS संकेत लगभग गायब हो गया है ।

टीसी की ओर कुल गिनती की प्रारंभिक कमी अमली चरण में hyperfine चुंबकीय क्षेत्रों के तापमान में कमी को दर्शाता है । नतीजतन, मूल रूप से अच्छी तरह से हल sextet, कि ऊर्जा डोमेन में मनाया जाता है, अंततः टीसी में गिर करने के लिए खराब हल व्यापक एकल लाइन संकेत है, यानी, जब dipolar चुंबकीय बातचीत पूरी तरह से गायब हो । समय डोमेन में, अवशोषित और फिर से उत्सर्जित फोटॉनों उत्तेजना पल्स के बाद हस्तक्षेप । क्योंकि ऊर्जा और समय डोमेन रूपान्तर परिवर्तन के माध्यम से युग्मित होते हैं, कुछ परिणामों पर विचार किया जाना चाहिए । उदाहरण के लिए, ऊर्जा डोमेन में व्यापक लाइनों समय डोमेन और इसके विपरीत में तेजी से क्षय संकेत द्वारा प्रतिनिधित्व कर रहे हैं । इस प्रकार, टीसी समय संकेत पर एक बहुत ही संकीर्ण समय अंतराल में निचोड़ा है बस के रूप में उत्तेजना पल्स के रूप में चित्रा 11bमें ऊपरी पैटर्न द्वारा प्रदर्शन किया । यहां, प्रासंगिक प्रयोगात्मक डेटा केवल पहली ४० एनएस के दौरान देखा जाता है । लंबे समय के लिए संकेत के संभावित विकास केवल सैद्धांतिक रूप से गणना की वक्र द्वारा प्रलेखित है ।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सभी समय डोमेन पैटर्न उत्तेजना पल्स के बाद केवल 20 एनएस शुरू करते हैं । यह तत्काल और देरी फोटॉनों कि गंभीरता से इस्तेमाल डिटेक्टरों नुकसान हो सकता है की अत्यंत उच्च संख्या की वजह से है । यही कारण है कि डिटेक्टरों इलेक्ट्रॉनिक gated है और प्रारंभिक 20 एन एस के दौरान आने वाली फोटॉनों रजिस्टर नहीं है । फिर भी, paramagnetic राज्य में संक्रमण के बाद, गुणात्मक नए hyperfine बातचीत उभरने कि ऊर्जा डोमेन में बल्कि संकीर्ण लाइनें प्रदान करते है और, इस प्रकार, इसी समय-डोमेन संकेत क्षय अधिक धीरे । नतीजतन, अच्छी तरह से स्थापित क्वांटम हरा पैटर्न के रूप में चित्र 11b में कम पैटर्न द्वारा दिखाया गया है और 15 चित्रा में गिनती की कुल संख्या में नाटकीय रूप से वृद्धि हुई है दिखाई देते हैं ।

गिनती के बाद गिरावट (अर्थात् टीx1के बाद) nanocrystallites के गठन के लिए मुख्य रूप से जिंमेदार माना जा सकता है कि दृढ़ता ferromagnetic dipolar चुंबकीय बातचीत की विशेषता है । इसी समय-डोमेन पैटर्न कई उच्च आवृत्ति धड़कता है, जो हालांकि, एक अभी भी आंशिक रूप से अमली चरण के उन लोगों की तुलना में एक कम क्षेत्र शामिल द्वारा प्रतिनिधित्व कर रहे है ( चित्रा 11cदेखें) ।

७०० ° c के गंतव्य तापमान तक पहुंचने के बाद, NFS प्रयोग समय के साथ जारी 10 मिनट के लिए इस तापमान और बाद में ठंडा करने के लिए निवास । रिकॉर्ड किए गए समय-डोमेन प्रतिमान प्रयोग के समय के संबंध में चित्र 16 में दिखाए जाते हैं । इज़ोटेर्माल क्षेत्र के भीतर, NFS समय-डोमेन प्रतिमान का आकार काफी बदल नहीं है । केवल कुछ चोटियों की तीव्रता में एक उदारवादी वृद्धि मनाया जाता है । यह क्रिस्टलीय अनाज जो समय के साथ बढ़ने के विकास के लिए जिंमेदार ठहराया है । नतीजतन, उनके इसी hyperfine बातचीत की तीव्रता में वृद्धि, जो स्पष्ट रूप से इज़ोटेर्माल क्षेत्र में आंकड़ा 16में देखा जाता है ।

ठंडा करने के दौरान, NFS चोटियों उनके अंतिम स्थिति है कि कमरे के तापमान पर उंमीद कर रहे है की ओर कदम । एक ही समय में, उनकी तीव्रता भी कम तापमान के साथ प्रतिध्वनि प्रभाव की संभावना में वृद्धि के कारण वृद्धि हुई है । इन परिवर्तनों को 16 चित्रा के ऊपरी आधे में प्रयोग के 10वें मिनट के बाद देखा जा सकता है (यानी, ठंडा क्षेत्र) ।

Figure 1
चित्रा 1: planar प्रवाह कास्टिंग के लिए उपकरण । (a) योजनाबद्ध आरेख और (b) एक वास्तविक डिवाइस की फ़ोटो. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: के रूप में XRD-बुझती (Fe२.८५Co1)७७मो8घन1बी14 धातुई ग्लास । व्यापक विशेषता प्रतिबिंब है कि रिबन XRD अमली है इंगित करते हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: के रूप में के DSC रिकॉर्ड बुझती (Fe२.८५Co1)७७मो8घन1बी14 धातुई ग्लास । ठोस हलकों एनीलिंग के लक्षित तापमान संकेत मिलता है; क्रिस्टलीकरण टीx1 की शुरुआत के तापमान तीर से चिह्नित है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्रा 4: के रूप में बुझती धातु कांच रिबन के पूर्व सीटू गर्मी उपचार के लिए उपकरण । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5: मॉडल Mössbauer स्पेक्ट्रा । क्रिस्टलीय (सीआर) सामग्री प्रदर्शन संकीर्ण Mössbauer लाइनों (बाएं) जो hyperfine बातचीत के असतत मूल्यों प्रदान (सही) । अमली (AM) सामग्री व्यापक रेखाओं (मध्य) और गैर-चुंबकीय p (Δ) और चुंबकीय p (B) hyperfine इंटरैक्शन के वितरण की विशेषता है । यह आंकड़ा [23] से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6: CEMS स्पेक्ट्रा के (Fe२.८५Co1)७७मो8घन1B14 धातुई ग्लास । स्पेक्ट्रा (ए) हवा की ओर से लिया गया और (ख) संकेत तापमान पर annealed रिबन के व्हील की ओर (a.q. = के रूप में बुझती). Mössbauer वर्णक्रमीय लाइनों क्रिस्टलीय चरणों के लिए इसी नीले (बीसीसी-fe, Co) और हरे (fe आक्साइड) में रची गई हैं । यह आंकड़ा [23] से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्रा 7: CXMS स्पेक्ट्रा के (Fe२.८५Co1)७७मो8घन1B14 धातुई ग्लास । स्पेक्ट्रा (ए) हवा की ओर से लिया गया और (ख) संकेत तापमान पर annealed रिबन के व्हील की ओर (a.q. = के रूप में बुझती). Mössbauer वर्णक्रमीय लाइनों क्रिस्टलीय चरणों के लिए इसी नीले (बीसीसी-fe, Co) और हरे (fe आक्साइड) में रची गई हैं । यह आंकड़ा [23] से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 8
चित्रा 8: एनीलिंग के तापमान के खिलाफ साजिश रची Mössbauer वर्णक्रमीय घटकों के सापेक्ष क्षेत्रों. अवयव fe के अनुरूप-ऑक्साइड (हलकों) और बीसीसी-fe, सह (चौकों) । वे (क) CEMS और (ख) CXMS स्पेक्ट्रा (Fe२.८५Co1)७७मो8घन1बी14 धातु ग्लास हवा (पूर्ण प्रतीकों) और पहिया (खुला प्रतीकों) रिबन के पक्षों से लिया से ली गई ( a.q. = रूप-बुझती). यह आंकड़ा [23] से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 9
चित्र 9: Hyperfine क्रिस्टलीय घटक के चुंबकीय क्षेत्र । Hyperfine चुंबकीय क्षेत्र CEMS से प्राप्त (लाल प्रतीकों) और CXMS (नीले प्रतीकों) स्पेक्ट्रा के (Fe२.८५co1)७७मो8घन1B14 धातुई ग्लास के खिलाफ साजिश रची (क) सीओ निकटतम पड़ोसियों की संख्या एक बीसीसी जाली में और (ख) एनीलिंग का तापमान । स्पेक्ट्रा वायु पक्ष (पूर्ण प्रतीकों) और पहिया पक्ष (खुला प्रतीकों) से लिया गया था । hyperfine फ़ील्ड्स का औसत मान हरे प्रतीकों और डैश्ड रेखाओं द्वारा प्लॉट किए जाते हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 10
चित्र 10: Mössbauer स्पेक्ट्रा और NFS टाइम-डोमेन पैटर्न की तुलना । विभाजन परमाणु स्तर (मध्य) के बीच परमाणु संक्रमण के अनुक्रमिक रिकॉर्डिंग ऊर्जा डोमेन में Mössbauer स्पेक्ट्रा (बाएं) को जंम देता है । घटना सिंक्रोट्रॉन विकिरण के एक एकल पल्स द्वारा एक साथ उत्तेजना के दौरान, बाद में de-उत्तेजना फोटॉनों अलग ऊर्जा के हस्तक्षेप और एक NFS समय-डोमेन पैटर्न (सही) प्रदान करते हैं । गैर-चुंबकीय और चुंबकीय hyperfine की बातचीत का प्रभाव भी तुलना में है । यह आंकड़ा [23] से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 11
चित्र 11: चयनित NFS समय-डोमेन पैटर्न के उदाहरण (Fe२.८५Co1)७७मो8घन1B14 धातुई ग्लास । (त्रुटि श्रेणी सहित) पूर्ण प्रतीकों द्वारा प्लॉट किए गए प्रयोगात्मक डेटा सैद्धांतिक रूप से परिकलित वक्रों (ठोस रेखाओं) द्वारा परिष्कृत होते हैं । NFS डेटा संकेत तापमान पर लिया और विभिंन तापमान पर्वतमाला शामिल थे: (एक) क्यूरी बिंदु के नीचे, (ख) क्यूरी बिंदु और क्रिस्टलीकरण की शुरुआत के बीच, और (ग) क्रिस्टलीकरण की शुरुआत से परे । यह आंकड़ा [23] से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 12
12 चित्रा: NFS समय के समोच्च भूखंड-डोमेन पैटर्न के (Fe२.८५Co1)७७मो8घन1बी14 धातु ग्लास सीटू तापमान प्रयोग में दौरान लिया । क्यूरी बिंदु (टीसी) और क्रिस्टलीकरण की शुरुआत (टीx1) सहित संक्रमण तापमान तीन विशिष्ट अंतराल में पूरे तापमान रेंज विभाजित । यह आंकड़ा [23] से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 13
चित्र 13: NFS पर सीटू प्रयोग में (Fe२.८५Co1)७७मो8घन1B14 धातुई ग्लास । समय के मापदंडों-डोमेन पैटर्न है कि स्फटिक माप के तापमान के खिलाफ साजिश रची चरण के अनुरूप: (क) hyperfine चुंबकीय क्षेत्र और (ख) बीसीसी-Fe, सह जाली में विशिष्ट परमाणु साइटों के सापेक्ष क्षेत्रों की विशेषता 0 , 1, 2, और Fe परमाणुओं के 3 सह निकटतम पड़ोसियों । यह आंकड़ा PCCP स्वामी समाजों की अनुमति से [21] से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 14
चित्र 14: NFS पर सीटू प्रयोग में (Fe२.८५Co1)७७मो8घन1B14 धातुई ग्लास । अवशिष्ट के Hyperfine मापदंडों को अमली मैट्रिक्स माप के तापमान के खिलाफ साजिश रची: (क) औसत Hyperfine चुंबकीय क्षेत्र और (ख) औसत quadrupole बंटवारे । मापदंडों विशिष्ट फिटिंग अलग तापमान क्षेत्रों के लिए आवेदन किया मॉडल द्वारा परिष्कृत किया गया । क्रिस्टलीकरण (टीx1) की शुरुआत के तापमान एक तीर से चिह्नित है । यह आंकड़ा [23] से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 15
चित्र 15: NFS पर सीटू प्रयोग में (Fe२.८५Co1)७७मो8घन1B14 धातुई ग्लास । NFS समय के कुल क्षेत्र-डोमेन पैटर्न माप के तापमान के खिलाफ साजिश रची । विशिष्ट तापमान संक्रमण टीसी (क्यूरी बिंदु) और टीx1 (क्रिस्टलीकरण की शुरुआत) के साथ लेबल और तीर के साथ चिह्नित कर रहे हैं । © २०१७ मार्सेल बी Miglierini और Vít Procházka रेफरी से अनुकूलित । [22]; मूलतः द्वारा सीसी के तहत प्रकाशित-नेकां ४.० लाइसेंस । यहां से उपलब्ध: दोी: 10.5772/66869 । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 16
चित्र 16: NFS समय के समोच्च प्लॉट-डोमेन पैटर्न (Fe२.८५Co1)७७मो8घन1B14 धातु ग्लास तापमान हीटिंग के बाद लिया । NFS समय-डोमेन पैटर्न ७०० डिग्री सेल्सियस और फलस्वरूप ठंडा के गंतव्य तापमान तक पहुंचने के बाद एक 10-ंयूनतम निवास के दौरान दर्ज किए गए । ध्यान दें y-निर्देशांक जो प्रयोग का समय है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

माजी सीटू Mössbauer प्रभाव प्रयोगों लागू गर्मी उपचार के बाद जांच मिलीग्राम में सामना करना पड़ा है जो एक स्थिर स्थिति का वर्णन । प्रत्येक स्पेक्ट्रम कमरे के तापमान पर कई घंटे की अवधि के लिए एकत्र किया गया था । इस प्रकार, मूल रूप से अमली संरचना के विकास एनीलिंग शर्तों के एक समारोह के रूप में पीछा किया गया था । क्योंकि Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री गुंजयमान नाभिक पर अभिनय hyperfine बातचीत के प्रति संवेदनशील है, ऊंचा तापमान से प्रेरित संरचनात्मक और/चुंबकीय संशोधनों के बेहोश विवरण का अनावरण किया जा सकता है । फिर भी, जांच नमूनों परिवेश स्थितियों के तहत निरीक्षण कर रहे है जब अस्थाई रूप से बदल शर्तों के प्रभाव (जैसे, तापमान वृद्धि) पहले ही समाप्त हो गया है ।

सीटू में NFS प्रयोगों के तापमान बदलती करने के लिए अपने जोखिम के दौरान गतिशील मोड में अध्ययन किया मिलीग्राम की जांच । यह ब्याज की प्रणाली, इस मामले में एक एमजी के व्यवहार में एक गुणात्मक नई अंतर्दृष्टि खोलता है । उल्लेखनीय है कि एक मिनट के भीतर NFS डेटा हासिल कर लिया जाता है । यह hyperfine बातचीत के विकास के वास्तविक समय निरीक्षण की अनुमति देता है । परम्परागत Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा यह लगभग असंभव है । हमें स्वीकार करना चाहिए, तथापि, कि प्राप्त मापदंडों के दौरान एक मिनट के अंतराल पर औसत है जो डेटा दर्ज कर रहे हैं । फिर भी, इस तरह के एक कम समय अवधि के दौरान व्यक्तिगत मापदंडों में संभव बदलाव नगण्य माना जा सकता है ।

दोनों Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री और NFS जांच hyperfine बातचीत के माध्यम से Fe गुंजयमान परमाणुओं के स्थानीय पड़ोस । नतीजतन, संरचनात्मक व्यवस्था और चुंबकीय microstructure के बारे में जानकारी एक साथ उपलब्ध है । यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जब NCA तरह जटिल प्रणालियों की जांच कर रहे हैं । जैसा कि हम प्रदर्शन किया है, यह न केवल ferromagnetic से paramagnetic व्यवस्था पर भी फलस्वरूप संरचनात्मक परिवर्तन, यानी, क्रिस्टलीकरण चुंबकीय संक्रमण का पालन करने के लिए संभव है । स्थिर और परिवर्तनीय दोनों स्थितियों के तहत nanograins के गठन का निरीक्षण किया जा सकता है । इसके अलावा, उनके विस्तृत एक बीसीसी संरचना में विदेशी परमाणुओं की संख्या बदलती के साथ व्यक्तिगत जाली साइटों की पहचान विशेषता लक्षण वर्णन भी संभव है ।

पूर्व सीटू पारंपरिक Mossbauer द्वारा प्रदर्शन प्रयोगों स्पेक्ट्रोस्कोपी दोनों स्थिर और metastable राज्यों सहित सामग्री के स्थिर राज्यों के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं. इसका मतलब यह है कि हम प्रारंभिक में स्थानीय संरचनात्मक और चुंबकीय व्यवस्था के रूप में अच्छी तरह से जांच कर सकते है (के रूप में बुझती) सामग्री और अंतिम उत्पाद में भी । बाद पूर्व के nanocrystallization के माध्यम से उपयुक्त गर्मी उपचार के बाद प्राप्त की है, लेकिन परिवेश की स्थिति पर मापा । हालांकि, पूर्व सीटू Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री एनर्जी डोमेन में जानकारी प्रदान करती है । इस प्रकार, प्राप्त स्पेक्ट्रा सीधे जांच सामग्री की स्थिति से संबंधित है और मूल्यांकन और व्याख्या के लिए और अधिक सुविधाजनक है ।

दूसरी ओर, में सीटू NFS approach चरण ट्रांस्फ़ॉर्मेशन के दौरान उत्पंन होने वाले परिवर्तनीय प्रक्रियाओं की जांच के लिए उपयुक्त है । सामग्री की व्यवस्था पर जानकारी समय डोमेन में दर्ज की गई क्वांटम बीट्स में एंकोडेड है, क्योंकि NFS पैटर्न का मूल्यांकन एक चुनौतीपूर्ण कार्य है । यह पूर्व सीटू Mössbauer प्रभाव प्रयोगों से प्राप्त परिणामों के समुचित उपयोग से हल किया जा सकता है. इस प्रकार, दोनों तरीकों के संयोजन के स्थिर के रूप में अच्छी तरह से जांच प्रणाली के क्षणिक राज्यों के निरीक्षण सक्षम बनाता है ।

दोनों तकनीक प्राप्त परिणामों की दृष्टि से पूरक के रूप में के रूप में अच्छी तरह से शर्तों के तहत वे प्राप्त किया गया है । प्राप्त अनुभव को प्रभावी ढंग से भी अंय मुद्दों है कि संरचनात्मक और/या चुंबकीय संक्रमण के साथ जुड़े रहे है के अध्ययन में इस्तेमाल किया जा सकता है । एक विशिष्ट उदाहरण के रूप में, मध्यवर्ती चरणों के अस्तित्व के ठोस राज्य में लोहे की व्यापकता राज्य में भिंन की कमी fe (VI) करने के लिए fe (III) आक्साइड तापमान उपचार के दौरान३३उल्लेख किया जा सकता है ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस काम के तहत स्लोवाक अनुसंधान और विकास एजेंसी द्वारा समर्थित किया गया था ठेके सं. APVV-16-0079 और APVV-15-0621, अनुदान वेगा 1/0182/16 और वेगा 2/0082/17, और Palacký विश्वविद्यालय (IGA_PrF_2018_002) के आंतरिक IGA अनुदान । हम सिंक्रोट्रॉन प्रयोगों के साथ सहायता के लिए आर Rüffer (ESRF, ग्रेनोबल) के आभारी हैं ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
stable isotope, 57Fe Isoflex USA iron-57 metallic form
standard eletrolytic Fe, 99.95 % Sigma Aldrich (Merck) 1.03819 fine powder
electrolytic Co, 99.85 % Sigma Aldrich (Merck) 1.12211 fine powder
electrolytic Cu, 99.8 % Sigma Aldrich (Merck) 1.02703 fine powder
electrolytic Mo, 99.95 % Sigma Aldrich (Merck) 1.12254 fine powder
crystalline B, 99.95 % Sigma Aldrich (Merck) 266620 crystalline
calibration foil for Mössbauer spectrometry, bcc-Fe GoodFellow 564-385-23 foil 0.0125 mm, purity 99.85 %
HNO3 acid, ANALPURE Ultra Analytika Praha, Czech Republic UAc0061a concentration 67 %, volume 500 mL
spectrometer for atomic absorption spectrometry Perkin Elmer 1100, Germany
spectrometer for optical emmission spectrometry with inductively coupled plasma Jobin Yvon 70 Plus, France
X-ray diffractometer Bruker D8 Advance, USA
differential scanning calorimeter Perkin Elmer DSC 7, Germany

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References

  1. McHenry, M. E., Laughlin, D. E. Nano-scale materials development for future magnetic applications. Acta Mater. 48 (1), 223-238 (2000).
  2. Chang, Y. -H., Hsu, C. -H., Chu, H. -L., Chang, C. -W., Chan, W. -S., Lee, C. h-Y., Yao, C. -S., He, Y. -L. Effect of uneven surface on magnetic properties of Fe-based amorphous transformer. Int. J. Elect. Comp. Energetic, Electronic and Commun. Eng. 5 (8), 1160-1164 (2011).
  3. Herzer, G. Modern soft magnets: Amorphous and nanocrystalline materials. Acta Mater. 61 (3), 718-734 (2013).
  4. Yoshizawa, Y., Oguma, A., Yamauchi, K. New Fe-based soft magnetic-alloys composed of ultrafine grain-structure. J. Appl. Phys. 64 (10), 6044-6046 (1988).
  5. Suzuki, K., Kataoka, N., Inoue, A., Makino, A., Masumoto, T. High saturation magnetization and soft magnetic-properties of bcc Fe-Zr-B alloys with ultrafine grain-structure. Mater. Trans. JIM. 31 (8), 743-746 (1990).
  6. Willard, M. A., Laughlin, D. E., McHenry, M. E., Thoma, D., Sickafus, K., Cross, J. O., Harris, V. G. Structure and magnetic properties of (Fe0.5Co0.5)(88)Zr7B4Cu1 nanocrystalline alloys. J. Appl. Phys. 84 (88), 6773-6777 (1998).
  7. Makino, A., Men, H., Kubota, T., Yubuta, K., Inoue, A. New Fe-metalloids based nanocrystalline alloys with high B-s of 1.9 T and excellent magnetic softness. J. Appl. Phys. 105 (7), (2009).
  8. Suzuki, K., Herzer, G. Magnetic-field-induced anisotropies and exchange softening in Fe-rich nanocrystalline soft magnetic alloys. Scripta Mater. 67 (6), 548-553 (2012).
  9. Hasegawa, R. Advances in amorphous and nanocrystalline materials. J. Magn. Magn. Mater. 324 (21), 3555-3557 (2012).
  10. Hristoforou, E., Reilly, R. E. Nonuniformity in amorphous ribbon delay lines after stress and current annealing. J. Appl. Phys. 69 (8), 5008-5010 (1991).
  11. Hristoforou, E., Niarchos, D. Fast characterization of magnetostrictive delay-lines. IEEE Trans. Magn. 29 (6), 3147-3149 (1993).
  12. Miglierini, M., Lančok, A., Kohout, J. Hyperfine fields in nanocrystalline Fe-Zr-B probed by 57Fe nuclear magnetic resonance spectroscopy. Appl. Phys. Lett. 96 (21), (2010).
  13. Kohout, J., Křišťan, P., Kubániová, D., Kmječ, T., Závěta, K., Štepánková, H., Lančok, A., Sklenka, Ľ, Matúš, P., Miglierini, M. Low Temperature Behavior of Hyperfine Fields in Amorphous and Nanocrystalline FeMoCuB. J. Appl. Phys. 117 (17), 1-17 (2015).
  14. Gütlich, P. h, Bill, E., Trautwein, A. X. Mössbauer Spectroscopy and Transition Metal Chemistry. , Springer-Verlag. Berlin, Heidelberg, Germany. (2011).
  15. Stankov, S., Sepiol, B., Kaňuch, T., Scherjau, D., Würschum, R., Miglierini, M. High Temperature Mössbauer Effect Study of Fe90Zr7B3 Nanocrystalline Alloy. J. Phys.: Condens. Mat. 17 (21), 3183-3196 (2005).
  16. Smirnov, G. V. General properties of nuclear resonant scattering. Hyperfine Int. 123 (1-8), 31-77 (1999).
  17. Röhlsberger, R. Nuclear Condensed Matter Physics with Synchrotron Radiation. , Springer-Verlag. Berlin, Heidelberg, Germany. (2004).
  18. Miglierini, M., Procházka, V., Stankov, S., Švec, P. Sr, Zajac, M., Kohout, J., Lančok, A., Janičkovič, D., Švec, P. Crystallization kinetics of nanocrystalline alloys revealed by in-situ nuclear forward scattering of synchrotron radiation. Phys. Rev. B. 86 (2), (2012).
  19. Miglierini, M., Procházka, V., Rüffer, R., Zbořil, R. In situ crystallization of metallic glasses during magnetic annealing. Acta Mater. 91, 50-56 (2015).
  20. Procházka, V., Vrba, V., Smrčka, D., Rüffer, R., Matúš, P., Mašláň, M., Miglierini, M. Structural transformation of NANOPERM-type metallic glasses followed in situ by synchrotron radiation during thermal annealing in external magnetic field. J. Alloy. Compounds. 638, 398-404 (2015).
  21. Miglierini, M., Pavlovič, M., Procházka, V., Hatala, T., Schumacher, G., Rüffer, R. Evolution of structure and local magnetic fields during crystallization of HITPERM glassy alloys studied by in situ diffraction and nuclear forward scattering of synchrotron radiation. Phys. Chem. Chem. Phys. 17 (42), 28239-28249 (2015).
  22. Miglierini, M. B., Procházka, V. Nanocrystallization of Metallic Glasses Followed by in situ Nuclear Forward Scattering of Synchrotron Radiation. X-ray Characterization of Nanomaterials by Synchrotron Radiation. Khodaei, M., Petaccia, L. , InTech. Rjeka, Croatia. 7-29 (2017).
  23. Miglierini, M., Matúš, P. Structural Modifications of Metallic Glasses Followed by Techniques of Nuclear Resonances. Pure Appl. Chem. 89 (4), 405-417 (2017).
  24. Žák, T., Jirásková, Y. CONFIT: Mössbauer spectra fitting program. Surf. Interf. Anal. 38 (4), 710-714 (2006).
  25. Rüffer, R., Chumakov, A. I. Nuclear-resonance beamline at ESRF. Hyperfine Interact. (1-4), 589-604 (1996).
  26. Sturhahn, W., Gerdau, E. Evaluation of time-differential measurements of nuclear-resonance scattering. of X-rays Phys. Rev. B. 49 (14), 9285-9294 (1994).
  27. Sturhahn, W. CONUSS and PHOENIX: Evaluation of nuclear resonant scattering data. Hyperfine Interact. 125 (1-4), 149-172 (2000).
  28. Vrba, V., Procházka, V., Smrčka, D., Miglierini, M. Advanced Approach to the Analysis of a Series of in-situ Nuclear Forward Scattering Experiments. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A. 847, 111-116 (2017).
  29. Miglierini, M., Grenèche, J. -M. Mössbauer Spectrometry of Fe(Cu)MB-Type Nanocrystalline Alloys: I. The Fitting Model for the Mössbauer Spectra. J. Phys.: Condens. Matter. 9 (10), 2303-2319 (1997).
  30. Mülhaupt, G., Rüffer, R. Properties of synchrotron radiation. Hyperfine Int. 123 (1-8), 13-30 (1999).
  31. Rüffer, R. Nuclear resonance scattering. C. R. Physique. 9 (5-6), 595-607 (2008).
  32. Seto, M. Condensed matter physics using nuclear resonant scattering. J. Phys. Soc. Jpn. 82 (2), 021016 (2013).
  33. Machala, L., Procházka, V., Miglierini, M., Sharma, V. K., Marušák, Z., Wille, H. -C. h, Zbořil, R. Direct Evidence of Fe(V) and Fe(IV) Intermediates during Reduction of Fe(VI) to Fe(III): A Nuclear Forward Scattering of Synchrotron Radiation Approach. Phys. Chem. Chem. Phys. 17 (34), 21787-21790 (2015).

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इंजीनियरिंग अंक १३६ Mössbauer स्पेक्ट्रोमेट्री नाभिकीय आगे कैटरिंग सिंक्रोट्रॉन विकिरण धातु चश्मा संरचनात्मक परिवर्तन क्रिस्टलीकरण hyperfine बातचीत
<em>पूर्व सीटू</em> के तरीके और संरचनात्मक परिवर्तनों की <em>सीटू जांच में</em> : धातु चश्मे के क्रिस्टलीकरण का मामला
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Miglierini, M. B., Procházka, V., Vrba, V., Švec, P., Janičkovič, D., Matúš, P. Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses. J. Vis. Exp. (136), e57657, doi:10.3791/57657 (2018).

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