Két vékony fémréteg felmelegítésénél az atomok egy idő után összekeverednek, s új ötvözetet hoznak létre. Nem túl magas hőmérsékleten a részecskék csak a szemcsehatárok mentén mozognak, a szemcsehatárok elmozdulásával azonban mégis be tudnak hatolni a szemcsékbe is. Ez a jelenség már a 70-es években ismert volt, azonban a nanotechnológia megjelenésével új lendületet kapott a terület kutatása. A Debreceni Egyetem Fizikai Intézetének Szilárdtest Fizikai Tanszékén mintegy 10 éve vizsgálják, hogy mi történik, ha nanométeresre csökkentik a szemcsék méretét.

- Korábban magasabb hőmérsékleti körülmények között hozták létre az ötvözeteket, ekkor ugyanis az atomok nemcsak a szemcsehatárok mentén mozognak, hanem be is tudnak hatolni az anyag belsejébe, s így keletkeznek reakciórétegek. Mi viszont alacsonyabb hőmérsékleten dolgoztunk, ahol csak a szemcsehatárok mentén történik keveredés. Nanotechnológiai eszközökkel olyan kicsire csökkentettük a szemcse méretét, hogy a szemcsehatárok elmozdulásával létrejövő ötvözettartomány összeérjen, így a teljes anyag homogénné tud válni, azaz új fázis keletkezik. Mivel az új technológiában a kisebb szemcsék miatt gyorsabban megy végbe a folyamat, így nincs szükség olyan magas hőmérsékletre, mint a korábbi eljárásban. Mi 200 Celsius fokkal alacsonyabb hőmérsékleten tudjuk elérni ugyanazt az eredményt, ráadásul jobban irányítható a folyamat, a nem kívánt fázisok képződését is könnyebb kontrollálni – magyarázta az eljárás részleteit a kutatás vezetője, Beke Dezső, a Szilárdtest Fizikai Tanszék professor emeritusa.

A most publikált cikkben a debreceni kutatók egy általános modell-leírást is közreadtak az alacsony hőmérsékleti körülmények között elmozduló szemcsehatárok révén kialakuló ötvözetekről. Korábban nem volt egyértelmű, hogy az elmozdulással együttjáró atomi keveredésnél a kémiai összetételnek megfelelő fázis is kialakulhat – a Fizikai Intézet szakemberei most ezt is bebizonyították. A jelenség ráadásul nemcsak új ötvözetek létrehozására alkalmazható, hanem bizonyos anyagok elhasználódását is eredményezheti.

- Ha valahol ilyen anyagokat használnak hasonló körülmények között, akkor könnyen meghibásodhat az eszköz. Például erőműveknél akár több száz fokon is évekig, évtizedekig kellene működni, ha azonban az anyagok reakcióba lépnek, akkor a műszer már nem képes ellátni a feladatát. Ilyen esetben azon kell elgondolkodnunk, hogy miként lehet meggátolni a folyamatot – tette hozzá Katona Gábor, a Szilárdtest Fizikai Tanszék adjunktusa.

Az anyag összetételének változását az elektromikroszkópos és röntgendiffrakciós felvételek mellett a Fizikai Intézet egyedülálló műszerével, a szekunder neutrális rész tömegspektrométerrel (SNMS) vizsgálták.

Az új felfedezés egyik meghatározó alkalmazási területe lehet az integrált áramkörök gyártása, ahol kulcsfontosságú szerepe van, hogy nanométeres vékonyságban tudjanak különböző ötvöző rétegeket készíteni. A másik lényeges felhasználási lehetősége a mágneses adattárolás.

- A mágneses adatrögzítés során ugyanis az a legfontosabb, hogy egy adott felületen minél több mágneses adattároló egységet tudjanak elhelyezni, úgy, hogy azoknál mágnesesen megfelelően izolálják a nanoméretű szemcséket, ezzel javítva a beírási biztonságot és sűrűséget – tájékoztatott Beke Dezső professzor.

 

A kutatás részben az Erdélyi Zoltán professzor által koordinált Regionális Anyagtudományi Kiválósági Műhely – Kutatási Program és Infrastruktúra Fejlesztése című projekt keretében valósult meg.

A publikáció az anyagtudomány kiemelkedő lapjában, a Progress in Materials Science-ben jelent meg. A mérnöki területen is hasznosítható anyagtudományi felfedezésekről szóló, összefoglaló jellegű írásokat közlő kiadvány ötéves átlag impakt faktora 31,19, ami jól mutatja a debreceni kutatók eredményének újszerűségét. A cikk a Progress in Materials Science októberi számában lesz olvasható, de online már elérhető.

Sajtóiroda - TPL