[ad_1]

هسته گیری یک پدیده فراگیر است که تشکیل قطرات و حباب ها را در سیستم های مورد استفاده برای چگالش ، نمک زدایی ، جداسازی آب ، رشد کریستال و بسیاری دیگر از فرآیندهای مهم صنعتی کنترل می کند. اکنون ، برای اولین بار ، یک تکنیک جدید میکروسکوپی که در MIT و جاهای دیگر توسعه یافته است ، امکان مشاهده مستقیم فرآیند با جزئیات را فراهم می کند ، که می تواند طراحی سطوح بهبود یافته و کارآمد را برای فرآیندهای مختلف از این دست تسهیل کند.

این نوآوری از تجهیزات معمولی میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده می کند ، اما یک تکنیک پردازش جدید اضافه می کند که می تواند حساسیت کلی را تا ده برابر افزایش دهد و همچنین کنتراست و وضوح را بهبود بخشد. با استفاده از این روش ، محققان توانستند مستقیماً توزیع فضایی مکانهای هسته را در سطح مشاهده کنند و نحوه تغییر این تغییرات را در طول زمان ردیابی کنند. سپس تیم از این اطلاعات برای بدست آوردن شرح ریاضی دقیق فرآیند و متغیرهایی که آن را کنترل می کنند ، استفاده می کند.

تکنیک جدید می تواند به طور بالقوه در طیف گسترده ای از زمینه های تحقیقاتی استفاده شود. امروز در مجله شرح داده شده است سلول گزارش علوم فیزیکی، در مقاله ای توسط دانشجوی کارشناسی ارشد MIT لنون ژانگ ؛ بازدید از دانشمند Ryuichi Iwata؛ استاد مهندسی مکانیک و رئیس گروه Evelyn Wang. و 9 مورد دیگر در MIT ، دانشگاه ایلینوی در Urbana-Champaign و دانشگاه شانگهای Jiao Tong.

“فرصت بسیار قدرتمند”

وقتی قطرات روی یک سطح صاف متراکم می شوند ، مانند کندانسورهایی که بخار را به نیروگاه های برق دوباره به داخل آب برمی گردانند ، هر قطره نیاز به محل اولیه جوانه دارد که از آن جمع می شود. تشکیل این سایت های هسته ای تصادفی و غیرقابل پیش بینی است ، بنابراین طراحی چنین سیستم هایی به تخمین آماری توزیع آنها متکی است. با این حال ، طبق یافته های جدید ، روش آماری مورد استفاده برای این محاسبات دهه ها نادرست است و به جای آن باید از روش دیگری استفاده شود.

تصاویر با وضوح بالا از روند هسته سازی ، همراه با مدل های ریاضی ساخته شده توسط تیم ، توصیف توزیع سایت های هسته را به صورت کاملاً کمی امکان پذیر می کند. وانگ می گوید: “دلیل این امر بسیار مهم این است که هسته سازی تقریباً در همه موارد اتفاق می افتد ، در بسیاری از فرایندهای فیزیکی ، اعم از طبیعی و یا در مواد و سیستم های مهندسی. بنابراین ، من فکر می کنم درک این موضوع اساسی تر است. یک فرصت واقعا قدرتمند است. “

فرایندی که آنها استفاده می کنند ، به نام میکروسکوپ الکترونی روبشی با شتاب فاز (p-ESEM) ، امکان زیرنگرفتن در مه الکترونی را که ناشی از ابر الکترونهای پراکنده شده توسط مولکولهای گاز در حال حرکت بر روی سطح تصویر است ، فراهم می کند. ژانگ گفت: ESEM متعارف “می تواند یک نمونه بسیار گسترده از مواد را نشان دهد که در مقایسه با میکروسکوپ الکترونی معمولی بسیار منحصر به فرد است ، اما وضوح آن ضعیف است” به دلیل این پراکندگی الکترون ، که باعث ایجاد سر و صدای تصادفی می شود.

محققان با بهره گیری از این واقعیت که الکترونها را می توان به صورت ذره یا امواج توصیف کرد ، راهی برای استفاده از فاز امواج الکترون و تأخیر در آن فاز ایجاد شده در هنگام برخورد الکترون به چیزی پیدا کرده اند. ژانگ گفت ، این اطلاعات تاخیر فاز نسبت به کوچکترین تداخل بسیار کم حساس است ، تا مقیاس نانومتر ، و تکنیکی که آنها ایجاد کرده اند امکان استفاده از این نسبتهای فاز موج الکترون برای بازسازی تصویری دقیق تر را فراهم می کند.

با استفاده از این روش ، او می گوید ، “ما می توانیم كنتراست تصویر را به مراتب بهتر كنیم و سپس می توانیم با چند میكرون یا حتی مقیاس زیر میكرون ، الکترونها را بازسازی یا مستقیماً تصویر کنیم. این به ما امکان می دهد روند هسته و گسترش عظیم را ببینیم. تعداد سایتهای هسته. “

این پیشرفت به تیم اجازه می داد تا مشکلات عمده ای را در روند جنین مانند اختلاف بین تراکم سایت و نزدیکترین فاصله بین اشیا study بررسی کند. معلوم می شود که تخمین های این اتصال که بیش از نیم قرن توسط مهندسان استفاده می شده نادرست بوده است. آنها براساس ارتباطی به نام توزیع پواسون ، هم برای تراکم سایت و هم برای عملکرد نزدیکترین همسایه ساخته می شوند ، در حالی که در واقع کار جدید نشان می دهد که اتصال متفاوتی ، توزیع ریلی ، اتصال نزدیکترین را با دقت بیشتری توصیف می کند همسایه

ژانگ توضیح می دهد که این مهم است زیرا “هسته سازی یک رفتار بسیار میکروسکوپی است ، اما توزیع مکانهای هسته در این مقیاس میکروسکوپی در واقع رفتار ماکروسکوپی سیستم را تعیین می کند.” به عنوان مثال ، هنگام متراکم شدن و جوشیدن ، ضریب انتقال حرارت را تعیین می کند ، و هنگام جوشیدن ، حتی شار حرارتی بحرانی ، “معیاری که تعیین می کند یک سیستم آب جوش قبل از اینکه باعث خرابی فاجعه بار شود ، چقدر گرم می شود.

یافته ها همچنین به موارد بسیار بیشتری از تراکم آب مربوط می شوند. ایواتا گفت: “یافته های ما در مورد گسترش سایت جنین جهانی است.” “این می تواند برای سیستم های مختلفی که شامل فرآیند جوانه زنی است ، مانند جداسازی آب و رشد مواد استفاده شود.” به عنوان مثال ، او می گوید ، در سیستم های جداسازی آب که می تواند برای تولید سوخت به شکل هیدروژن از برق از منابع تجدید پذیر پویایی تشکیل حباب در چنین سیستم هایی کلید عملکرد کلی آنها است و تا حد زیادی توسط فرآیند جنینی تعیین می شود.

ایواتا اضافه می کند که “به نظر می رسد جداسازی و چگالش آب پدیده های بسیار متفاوتی هستند ، اما ما یک قانون جهانی را در میان آنها پیدا کرده ایم. بنابراین ما از آن بسیار هیجان زده هستیم.”

برنامه های مختلف

بسیاری از پدیده های دیگر نیز به جوانه زنی متکی هستند ، از جمله فرآیندهایی مانند رشد فیلم های کریستالی ، از جمله الماس ، روی سطوح. چنین فرآیندهایی به طور فزاینده ای در طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی با فناوری پیشرفته مهم هستند.

محققان گفتند ، علاوه بر هسته سازی ، از روش جدید p-ESEM تیم می توان برای بررسی مراحل مختلف فیزیکی استفاده کرد. ژانگ می گوید این روش همچنین می تواند در مورد “فرآیندهای الکتروشیمیایی ، فیزیک پلیمر و مواد بیومتریک استفاده شود ، زیرا همه این نوع مواد به طور گسترده ای با استفاده از ESEM معمولی مورد مطالعه قرار می گیرند. با این حال ، با استفاده از p-ESEM ، ما قطعاً می توانیم به دستاوردهای بیشتری برسیم نتایج بهتر نسبت به حساسیت بالای ذاتی این سیستم.

ژانگ می گوید ، سیستم p-ESEM می تواند با بهبود کنتراست و حساسیت ، تا 10 برابر شدت سیگنال را از نظر نویز پس زمینه بهبود بخشد.

[ad_2]

منبع: packge-news.ir

ایندکسر