مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

F1881

نتایج و بحث
3.1تجزیه و تحلیل XRD
آزمون پراش اشعه ایکس (XRD) روش ناپایداری قوی است که برای تشخیص فاز ساختاری از ترکیبات مختلف استفاده می شود. بنابراین، XRD یک روش منحصر به فرد در تعیین بلورینگی ترکیب است. شکل 2 (الف) الگوهای XRD توصیف شده از نمونه های رسوب شده را نشان می دهد. ساختار بلوری همه لایه های رسوب شده ارتورومبیک SnS با JCPDS 039-0354 بود. همانطور که در این شکل مشخص شد، نمونه های I (0)، I (1)، I (2) و I (3) در طول نمونه های (021) و (111) و نمونه های I (4) و I (5) در طول (101) و (040) رشد کردند. بنابراین، جالب است که تغییر در جهت گیری ترجیحی لایه های نازک ایندیم-آلاییده رسوب شده Sn با توجه به افزایش غلظت ایندیم ناخالص ساز مشاهده شده بود. همچنین هیچ اثری از In، In2O3، و In2S3 یا سایر ناخالصی ها را نمی توان در تمام نمونه ها پیدا کرد. همانطور که در الگوی xRD مشاهده می شود، با افزایش غلظت ناخالص ساز ایندیم، پیک کمتر شدید و گسترده تر می شوند که نشان دهنده کاهش در نمونه های بلوری می باشد. از این رو، آن افزایش قابل توجهی در نقایص کریستالی و ناسازگاری به تاوجه به ایندیم-آلاییده را نشان می دهد.
برای بهتر بررسی اثر ایندیم-آلاییده روی خواص ساختاری SnS، نمودار I-2 θ برای (111) پیک پراش صفحه (شکل 2 (b)) از کلیه نمونه ها گرفته شده است. تغیر از (111) موقعیت پیک به θ 2 بالاتر به علت تغییر در شعاع یونی مؤثر بین Sn2 + (0.93 A) و In3 + (0.80 A) شناسایی شده است.
شبکه های ثابت برای SnS های خالص و لایه های نازک ایندیم-آلاییده SnS با استفاده از رابطه زیر حاصل می شود [30] که (hkl) شاخص های میلر برای صفحاتی با شدت بیشتر، یعنی صفحه های (040)، (021)، (111)، و dkkl مسافت بین مسطح است. جدول 1 پارامترهای شبکه محاسباتی و پارامترهای ساختاری را برای SnS خالص و نمونه های SnS ایندیم-آلاییده را خلاصه می کند. واضح است که جایگزینی In3 + برای Sn2 + در ساختار SnS منجر به کاهش حجم سلول واحد می شود. دلیل این پدیده، شعاع یونهای مؤثرتر In3 + است که با Sn2 + مقایسه می شود، که باعث کاهش در dkkl و در نتیجه حجم سلول واحد می شود.
جدول 1: برخی از ویژگی های ساختاری SnS خالص و نمونه های ایندیم-آلاییده SnS ناشی از الگوهای XRD می باشد.

اثر ایندیم آلاییده بر روی پارامترهای شبکه لایه های نازک SnS در شکل 3 نشان داده شده است. همانطور که در این شکل آشکار بود، پارامترهای شبکه لایه های نازک SnS به دلیل ایندیم آلاییده افزایش یافته است. این وقوع به وضوح نشان می دهد که ناخالصی ایندیم جایگزین آلاییده در شبکه SnS می شود.
با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، بررسی های توپوگرافی نمونه های I (0)، I (1) و I (2) بیش از یک مساحت 6 μm × 6 μm انجام می شود. شکل 4 تصویر AFM از لایه های ذخیره شده را نمایش می دهد. شکل 4 نشان داد که افزایش در مقدار ناخالصی ایندیم در شبکه های SnS منجر به تغیر درریخت شناسی دانه مانند به صفحه های نازک رشد ستونی می شود. علاوه بر این، اندازه دانه از لایه های نازک SnS به دلیل ایندیم آلاییده ضعیف تر شد. بنابراين، تغيير در ریخت شناسی نانوساختارهاي SnS ایندیم آلاییده نشان مي دهد که ناخالصی ایندیم با موفقیت در شبکه SnS آلاییده شده است.
3.2 اندازه و فشار کریستالیت
در این بخش، از روش های مختلف برای اندازه گیری اندازه کریستالیت و فشار شبکه استفاده می شود. این روش ها عبارتند از روش شرر، W-H( شامل UDM، UDSM، UDEDM) و روش SSP می باشد.
با استفاده از الگوهای XRD، اندازه بلوری (D) از معادله شرر برآورد شده است .
که D، K، و λ اندازه کریستالی هستند، شکل وابسته ثابت برابر با 0.94 و طول موج اشعه ایکس تابش Cu-Kα 0.154 056) نانومتر) بود. همچنین، βhkl پیک عرض در نیمه حداکثر شدت (FWHM)، و θB زاویه براگ است. عرض زاويه براگ با ترکیب ابزاری و اثرات مستقل نمونه تشکیل مي شود
اثر ابزاری از افزایش پیک یک نمونه مرجع (سیلیکون) ارزیابی می شود.
معادله شرر را می توان با استفاده از βhkl اصلاح شده به شرح زیر تنظیم کرد.
اندازه کریستالیت (D) از شیب cos θ نسبت به 1 / βhkl با استفاده از معادله (5) تخمین زده می شود. در نتیجه، مقدار شیب kλ / مقدار اندازه کریستالیت را نشان می دهد. شکل 5 طرح های شرر از لایه های نازک ایندیم آلاییده SnS نانوساختار و غیرآلاییده را نشان می دهد. مشخص است که اندازه کریستالیت D از SnS با توجه به ایندیم-آلاییده کاهش می یابد. همچنين كاهش درD لایه های نازك غیرآلاییده SnS پس از ایندیم-آلاییده مي تواند به دليل تغيير در شعاع يوني Sn2 + و In3 +. موثر باشد. بنابراین کیفیت کریستال SnS غیرآلاییده پس از ایندیم-آلاییده کاهش می یابد که می تواند به ناسازگاری شبکۀ ایجاد شده نسبت داده شود.
3.2.2 شیوه های W-H
طرح ویلیامسون-هول (W-H) و اندازه فشار (SSP) دو روش برای برآورد D و فشار شبکه می باشد. در این مقاله، سه مدل از روش W-H شامل UDM، UDSM، وUDEDM برای برآورد پارامترهای ساختاری استفاده می شود. مدل UDM برای بررسی فشار یکنواخت در شبکه های بلوری پیشنهاد شد. در این روش، فرمول W-H بر اندازه اثر گسترده و تاثیرگسترش فشار متکی است. اثر اندازه گسترده با فرمول (βDS) (دبی-شرر معادله (3) توصیف می شود، در حالی که اصطلاح گسترش فشار از نقص و تحریف در شبکه های کریستال (معادله (6)) شروع می شود.

مقایسه مدل های آشفتگی مختلف برای جریان ناپایدار در اطراف یک سیلندر دایره ای محدود در Re = 20000

Comparison of Various Turbulence Models for Unsteady Flow around a Finite Circular Cylinder at Re=20000

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

F1895

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

F1857

مقدمه

نیترید آلومینیوم (AION یکی از سه ماده مهم در Al2O3 و سیستم AIN است که دو ماده دیگر اعضای نهایی AL2O3 و AIN است. زمانی که نسبت AL2O3 و AIN 9:5 باشد، دارای ساختار مکعبی است و ترکیب آن Al23O27N5 (35.7 mole % AIN). فاز مکعبی AION بین 28-40 mole % از AIN می ماند و چگالی آن را درصد مول تغییر می کند. چگالی ایده آل با 35.7 mole% از AIN 3.711 Mg/m^ [1] است. همچنین شفاف است و شفافیت خود را حتی زمانی که تخلخل 1-2.6% به واسطه حجم در ماده حاضر است حفظ می کند. چگالی یک AION شفاف بین 3.6 و 3.67 Mg/m3 تغییر می کند. همچنین دارای ویژگی های مکانیکی عالی مشابه با Al2O3 است. همچنین ماده ای با دوام برای کاربردهای نیازمد سختی بالا، استحکام مکانیکی و شفافیت الکترومغناطیسی گسترده است. ویژگی های الاستیک AION پلی کریستالین و وابستگی آن به فشار و دما توسط Graham et. al. [2]. اندازه گیری شده است. درصد مول AION در ماده آنها بین 30 و 35.7 تغییر نمود. چگالی ماده AION آنها بین 3.604 و 3.649 Mg/m3 برای ماده با درصد مول AIN تغییر نمود. ماده AION استفاده شده در مرجع 2 دارای تخلخل متغیر بی 2.6 و 1.8 درصد بود. درصد مول 35.7 ماده AIN آنها دارای تخلخل 3.644±0.004 Mg/m3 بود که متکی بر تخلخل 1.9 درصد در AION بود. مقادیر اندازه گیری شده ثوابت الاستیک برای چهار ماده AION پلی کریستالین گزارش شده در مرجع 2 در جدول 1 داده شده است. مشتقات و دمای ثوابت الاستیک تنها برای دو تا از چهار ماده AION اندازه گیری شد.

کاربرد پتانسیل AION نیاز به این داشت که رفتار آن تحت شرایط بارگذاری دینامیک مطالعه شود. نتایج آزمایشات تاثیر دینامیک [3-4] که AION باید به طور بالقوه یک ماده بادوام به صورت جایگزینی برای یاقوت کریستال تک در محیط تاثیر مرتبط باشد. این کار، چهار بررسی مستقل [5-8] را برای تعیین پاسخ موج شوک AION انگیزه بخشید. چگالی های ماده های AION استفاده شده در مراجع 5-8 از 3.51 تا 3.67 Mg/m3 تغییر نمود. مواد با چگالی کمتر شفاف نبودند. هدف اولیه مطالعه کنونی، استفاده از نتایج این چهار بررسی موج شوک برای بررسی این مورد بود که آیا AION استحکام برسی را تحت انتشار موج شوک صفحه ای حفظ می کند یا خیر، زیرا استحکام برشی یک ماده برای اهمیت آن تحت شرایط بارگذاری تاثیر مهم در نظر گرفته می شود.

آزمایشات و مواد

ماهیت های چهار مطالعات موج شوک صفحه ای روی AION در جدول 2 نشان داده شده است. جزئیات آزمایشات انجام گرفته در این مطالعات در مراجع 8-5 نشان داده شده است. بنابراین، جزئیات این چهار مجموعه از آزمایشات در اینجا فراهم نشده است. ویژگی های چگالی و پلاستیکی مواد AION استفاده شده در این مطالعات در جدول 1 داده شده است. مواد استفاده در مرجع 7 و 8 توسط آزمایشگاه تحقیقات نظامی (ARL) فراهم شد. ویژگی های ماده ARL در ستون آخر جدول 1 داده شده است.

به علت تغییر در چگالی به نظر نمی رسد مقادیر سرعت های موج الاستیک به طور چشمگیری از یکی به دیگری تغییر نماید به جز برای سرعت موج طولی گزارش شده برای بالاترین چگالی ماده 3.68 Mg/m3 استفاده شده توسط Cazamias et al. [5]. این نشان دهنده مقادیر بالاتر از ماژول حجی و نسبت پویزون برای این ماده در مقایسه با بقیه ماده AION در جدول 1 است. چون تنها یک آزمایش فشردگی شوک در 4.7 GPa در این چگالی بالای AION در مرجع 5 انجام شد، نتایج این آزمایش ویژه در کار کنونی گنجانده نشده است.

نتایج

نتایج این آزمایشات روی AION می تواند به شرح زیر توصیف شود.دامنه های HEL از 10.5 تا 12.1 GPa تغییر می کند. این تغییر نشاندهنده وابستگی نظام مند HEL به چگالی اولیه AION است. نویسندگان مرجع 5 و 6، HEL دامنه های 10.5-10.9 GPa و به ترتیب 10.7 GPa گزارش نمودند. Sekine et al [7] یک مقدار نسبتاً بالاتر از HEL را گزارش نمودند، یعنی 11.2-12.1 GPa در مقایسه با 8.7-10.7 GPa گزارش شده توسط Thornhill et. al. [8] قرار گرفت هرچند ماده AION دارای چگالی یکسان بود. مقادیر بازده (Y) و تنش های برشی (t) از مقادیر HEL مورد نظر محاسبه شد و نسبت های پویزون از 6.6 تا 7.9 GPA و 3.3 تا 3.9 GPa تغییر می کند. t نصف Y است. این مقادیر از مقادیر تنش بازده و تنش برشی نزدیک HEL متفاوت نیست، یعنی 9.9 GPa از اندازه گیری های Thornhill et. al. [8] به دست امد. جدول 3 نشاندهنده مقادیر اندازه گیری شده (T(X) طولی، جانبی، (T(y) و مقادیر محاسبه شده میانگین، < (T>, تنش ها و برش (t)، تنش برای AION است. عدم قطعیت ها در این مقادیر، به ترتیب 1،2،6 و 3 درصد است.

al داده های مرجع 5 را در دستیابی به رابطه خطی Us-up گنجاند. به علت چگالی ماده استفاده شده در مرجع 5، یعنی 3.51 Mg/m3، بسیار کمتر از چگالی AION در مرجع 7 استفاده شد و اگر در تعیین رابطه خطی Us-up مستثنی شود و s به جای 8.08 و 0.761 نشان داده شده در جدول 4، 7.86 km/s and 0.834, می شود. مقادیر C0 و s داده شده در پرانتز، مقادیر به دست آمده از داده های آزمایشات نشاندهنده انتشار یک موج تک است یعنی، 125 GPa و فراتر از آن. دو مقدار K0 به دست آمده با روش بالا برابر 227 و 916 GPa است. مقدار K0 به دست آمده توسط Thornhill et a [8] برابر 211 GPa است، یعنی نزدیک به مقدار ماژول حجمی AION و بسیار متفاوت از مقادیر مرجع 7. اینها نشان می دهد که منحنی فشردگی AION به دست آمده در مرجع 7 سخت تر از مقدار به دست آمده در مرجع 8 است. هر دو مطالعه نشاندهنده مشتق فشار ماژول حجمی است که باید تقریباً نیمی از مقدار به دست آمده توسط Graham et. al. [2]، یعنی 4.5 باشد. این نشان می دهد که حتی اگر سرعت موج شوک پیرو پیشروی الاستیک با دامنه برابر با یا بزرگتر از سرعت موج حجمی در AION حرکت کند، بسیار فشرده تر خواهد شد که از نتایج اندازه گیری های سرعت موج اولتراسونیک فشار بالا که در مرجع 2 گزارش شده است انتظار می رود. این مورد در شکل 1 نشان داده شده است.

Graham and Brooks [10] نشان دادند که داده های موج شوک فشار بالا می تواند برای ارائه اندازه مشخصی از افست برشی تحت این فرض استفاده شود که افست ثابت است و هیچ تغییر فازی رخ نداده است. این نشان می دهد که افست حجمی در تنش صفر به دست آمده از برون یابی داده های شوک فشار بالا، محاسبه تنش برشی حفظ شده را میسر می سازد. اعمال این رویه برای داده ها بالای 16 یا 17 GPa در مرجع 8، نشاندهنده مقادیر افست حجم بی 0.020 و 0.028 است. افست تنش برشی توسط ضرب این و ماژول حجمی داده می شود. مقادیر محاسبه شده از تنش برشی 4.4 و 6.0 GPa است. به علت گذار فاز پیشهادی در AION در فشارهای بالا، داده های مرجع 7 نشاندهنده مقدار باور کردنی ممکن نبود.
شکل 2. نشاندهنده فشردگی شوک AION کم چگالی از مرجع 5 و 6 و داده های کمی از تنش پایین از مرجع 8 است. این نشان می دهد که داده های موج شوک زیر 16 GPa صرفه نظر از چگالی تمایل به ماندن در افست متناهی از هیدورستات AION تولید شده از داده های اولتراسونیک دارد [2]. علاوه بر این، مقادیر تنش میانگین به دست آمده از داده های Vaughan et al [6] در هیدروستات قرار می گیرد اما برای مشتق شدن از آن در زمان قرار گرفتن تحت تنش ورای 16.5 GPa آغاز می شود. بنابراین به نظر می رسد که AION زمانی که تحت شوک 16 GPa و بالای آن قرار می گیرد در حالیکه استحکام برشی که قبلاً بحث شده بود حفظ می شود، شروع به فشرده تر شدن می نماید.

در این زمان، هیچ توضیح ممکنی وجود ندارد که بتواند برای نرم شدن مشاهده شده فشردگی AION بالای 16 GPa پیشنهاد شود. داده های مرجع 8 نشاندهنده هیچ شواهدی از تبدیل فاز و نه یک شاهد غیرمبهم برای تبدیل پیشنهاد شده توسط Sekine et al [7] نیست.