مکسفازها

مکس فازها موادی لایه‌ای با ساختار شش ضلعی تشکیل شده از کاربید و نیترید هستند که فرمول کلی M_n+1AX_n را دارند. در این فرمول M معرف فلزات انتقالی (فلزات در سمت چپ قسمت مرکزی جدول تناوبی) است؛ و A نشان دهندهی عناصرگروه‌های ۱۲ الی ۱۶ جدول تناوبی (قسمت راست جدول تناوبی) بوده و حرف X معرف دو عنصر کربن یا نیتروژن است. با توجه به مقدار n به سه دسته۲۱۱٬۳۱۲ و۴۱۳ تقسیم می‌شوند مکس فازها که دارای ساختار بلوری هگزاگونال می‌باشند.^[۱]

تاریخچه

دسته جدیدی از مواد هستند که اولین بار در در دهه ۱۹۶۰ توسط نووتنی و همکارانش تحت عنوان مواد فاز H به دنیا معرفی شدند^[۲] اوج شکوفایی این مواد در اواسط سال ۱۹۹۰ رخداد، هنگامی که بارسوم و همکارانش نمونه نسبتاً خالصی از این مواد را که ترکیبی از خواص سرامیکها و فلزات داشت، سنتز کردند.^[۳]^[۴] سال ۱۹۹۶، بارسوم و ال راغی برای اولین بار مکس فاز Ti₃SiC₂ کاملاً متراکم را سنتز کردند و مشخص کردند که دارای ترکیبی از برخی از بهترین خواص فلزات و سرامیک‌های مهندسی است. در سال ۲۰۲۰، Mo₄VAlC₄ منتشر شد، اولین گسترش عمده تعریف خانواده در بیش از بیست سال است.^[۵]

سنتز

سنتز ترکیب‌های مکس فاز سه تایی و کامپوزیت‌ها با روش‌های مختلفی از جمله: سنتز احتراقی خود گستر دما بالا، رسوبدهی شیمیایی از فاز بخار، رسوبدهی فیزیکی بخار در دما و نرخ شار مختلف ، سنتز قوس پلاسما، پرس ایزواستاتیک گرم، پرس گرم،سنتز به روش رخنه دهی و سنتز بدون فشار، آلیاژسازی مکانیکی و واکنش در نمک مذاب محقق شده‌است.^[۶]

خواص

این کاربیدها و نیتریدها دارای ترکیبی غیرمعمول از خصوصیت‌های شیمیایی، فیزیکی، الکتریکی و مکانیکی هستند که ویژگی‌های فلزی و سرامیکی را تحت شرایط مختلف نشان می‌دهند. به طوری که از یکسو رفتارهای فلزی نظیر رسانایی گرما، رسانایی الکتریکی، تغییر فرم در دماهای بالا و قابلیت ماشینکاری را از خود بروز داده و از سوی دیگر مانند سرامیک‌ها خواصی مانند مقاومت به شوک حرارتی، دیرگدازی، مقاومت در برابر اکسیداسیون و ضریب انبساط حرارتی پایین دارند^[۷] این مواد تاکنون به شکلهای مختلف اعم از پودر، مواد بالک، پوشش، لایه نازک و فومهای فلزی تولید شده‌اند، ترکیبی، از خواص سرامیکها و فلزات را به‌طور همزمان از خود بروز می‌دهند آنها مانند سرامیکها دارای دانسیته پایین، ضریب انبساط حرارتی کم، مدول الاستیک بالا و استحکام زیاد هستند و مثل فلزات هدایت الکتریکی و حرارتی خوب، مقاومت بالا به شوک حرارتی و قابلیت ماشین کاری مناسبی دارند این خواص از ساختار لایه ای و پیوند کووالانسی و فلزی مکس فازها سرچشمه می‌گیرد.^[۸] این خصوصیت‌های می‌تواند مربوط به ساختار الکترونیکی و پیوند شیمیایی موجود در مکس فاز باشد. می‌توان آن را به عنوان تغییر دوره ای مناطق دارای تراکم الکترون بالا و پایین توصیف کرد. این اجازه را می‌دهد تا برای طراحی سایر نانو آمین‌ها بر اساس شباهتهای ساختار الکترونیکی، مانند Mo₂BC^[۹]و PdFe₃N.^[۱۰]

الکتریکی

مکس فازها به دلیل خاصیت اتصال فلزی مانندشان از نظر الکتریکی و گرمایی هدایت می‌شوند. بیشتر مکس فازها رساناهای الکتریکی و حرارتی بهتری نسبت به Ti هستند. این نیز مربوط به ساختار الکترونیکی است.^[۱۱]

فیزیکی

در حالی که مکس فازها سفت هستند، می‌توان آنها را به آسانی برخی فلزات ماشین کاری کرد. علی‌رغم این واقعیت که برخی از آنها سه برابر سفتتر از فلز تیتانیوم و با تراکم یکسان تیتانیوم هستند، می‌توان همه آنها را با استفاده از اره برقی دستی ماشین کاری کرد. همچنین می‌توان آنها را به دلیل هدایت الکتریکی عالی در برابر جلای فلزی صیقل داد. آنها در معرض شوک حرارتی نیستند و در برابر آسیب تحمل می‌کنند. برخی مانند Ti₂AlC و Cr₂AlCدر برابر اکسیداسیون و خوردگی مقاوم هستند. Ti₃SiC₂ پلی کریستالی دارای قدرت حرارتی صفر است، این ویژگی با ساختار الکترونی ناهمسانگرد آنها ارتباط دارد.^[۱۲]

مکانیکی

مکس فازها به عنوان یک کلاس معمولاً در دمای بالا سفت، سبک و پلاستیکی هستند. به دلیل ساختار اتمی لایه ای این ترکیب‌های، برخی مانند Ti₃SiC₂ و Ti₂AlC در برابر خزش و خستگی مقاوم هستند؛ و مقاومت خود را در دماهای بالا حفظ می‌کنند.^[۱۳]در طی آزمایشهای مکانیکی، مشخص شده‌است که سیلندرهای پلی کریستالی Ti₃SiC₂ می‌توانند در دمای اتاق، تا تنشهای 1 GPa، بارها و بارها فشرده شوند و با از بین بردن بار، ضمن اتلاف ۲۵٪ انرژی، کاملاً بهبود یابند. با توصیف این خصوصیت‌های مکانیکی منحصر به فرد مکس فازها بود که مواد جامد غیرخطی پیچ خوردگی را کشف کرد.^[۱۴]

کاربرد

نسوزهای مقاوم در برابر شوک حرارتی^[۱۵]
جایگزینی برای گرافیت در دمای بالا
المنت حرارتی
بلبرینگ‌های فویل دار با درجه حرارت بالا و سایر کاربردهای تریبولوژیکی
قطعه‌های مقاوم در برابر تابش نوترون برای کاربردهای هسته ای
نازل‌های مشعل گاز
ابزار برای حفاری خشک بتن^[۱۶]
وسایل نچسب برای آشپزخانه
استفاده در صنعت هسته ای
دستگاه‌های احتراق^[۱۷]

منابع

↑ Deysher, Grayson; Shuck, Christopher Eugene; Hantanasirisakul, Kanit; Frey, Nathan C.; Foucher, Alexandre C.; Maleski, Kathleen; Sarycheva, Asia; Shenoy, Vivek B.; Stach, Eric A. (2019-12-05). "Synthesis of Mo4VAlC4 MAX Phase and Two-Dimensional Mo4VC4 MXene with Five Atomic Layers of Transition Metals". ACS Nano. 14 (1): 204–217. doi:10.1021/acsnano.9b07708. ISSN 1936-0851.
↑ http://jicers.ir/article-1-174-fa.pdf
↑ Schuster, J.C.; Nowotny, H.; Vaccaro, C. (1980-04). "The ternary systems: CrAlC, VAlC, and TiAlC and the behavior of H-phases (M2AlC)". Journal of Solid State Chemistry. 32 (2): 213–219. doi:10.1016/0022-4596(80)90569-1. ISSN 0022-4596. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
↑ Deysher, Grayson; Shuck, Christopher Eugene; Hantanasirisakul, Kanit; Frey, Nathan C.; Foucher, Alexandre C.; Maleski, Kathleen; Sarycheva, Asia; Shenoy, Vivek B.; Stach, Eric A. (2019-12-05). "Synthesis of Mo4VAlC4 MAX Phase and Two-Dimensional Mo4VC4 MXene with Five Atomic Layers of Transition Metals". ACS Nano. 14 (1): 204–217. doi:10.1021/acsnano.9b07708. ISSN 1936-0851.
↑ Hanaor, D.A.H.; Hu, L.; Kan, W.H.; Proust, G.; Foley, M.; Karaman, I.; Radovic, M. (2016-08). "Compressive performance and crack propagation in Al alloy/Ti2AlC composites". Materials Science and Engineering: A. 672: 247–256. doi:10.1016/j.msea.2016.06.073. ISSN 0921-5093. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
↑ Mian, LI; You-Bing, LI; Kan, LUO; Jun, LU; Per, EKLUND; Per, PERSSON; Johanna, ROSEN; Lars, HULTMAN; Shi-Yu, DU (2019). "Synthesis of Novel MAX Phase Ti3ZnC2 via A-site-element-substitution Approach". Journal of Inorganic Materials. 34 (1): 60. doi:10.15541/jim20180377. ISSN 1000-324X.
↑ Music, Denis; Schneider, Jochen M. (2007-07). "The correlation between the electronic structure and elastic properties of nanolaminates". JOM. 59 (7): 60–64. doi:10.1007/s11837-007-0091-7. ISSN 1047-4838. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
↑ Basu, Bikramjit; Balani, Kantesh (2011-09-21). "Advanced Structural Ceramics". doi:10.1002/9781118037300. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
↑ Emmerlich, J; Music, D; Braun, M; Fayek, P; Munnik, F; Schneider, J M (2009-09-02). "A proposal for an unusually stiff and moderately ductile hard coating material: Mo2BC". Journal of Physics D: Applied Physics. 42 (18): 185406. doi:10.1088/0022-3727/42/18/185406. ISSN 0022-3727.
↑ Takahashi, Tetsuya; Music, Denis; Schneider, Jochen M. (2012-05). "Influence of magnetic ordering on the elastic properties of PdFe3N". Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. 30 (3): 030602. doi:10.1116/1.4703897. ISSN 0734-2101. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)
↑ Magnuson, Martin (2007). "Electronic Structure Investigation of MAX-Phases by Soft X-ray Emission Spectroscopy". MRS Proceedings. 1023. doi:10.1557/proc-1023-jj09-01. ISSN 0272-9172.
↑ Magnuson, Martin; Mattesini, Maurizio; Nong, Ngo Van; Eklund, Per; Hultman, Lars (2012-05-22). "Electronic-structure origin of the anisotropic thermopower of nanolaminated Ti3SiC2determined by polarized x-ray spectroscopy and Seebeck measurements". Physical Review B. 85 (19). doi:10.1103/physrevb.85.195134. ISSN 1098-0121.
↑ Guitton, Antoine; Joulain, Anne; Thilly, Ludovic; Tromas, Christophe (2012-12-21). "Dislocation analysis of Ti2AlN deformed at room temperature under confining pressure". Philosophical Magazine. 92 (36): 4536–4546. doi:10.1080/14786435.2012.715250. ISSN 1478-6435.
↑ Guitton, A.; Van Petegem, S.; Tromas, C.; Joulain, A.; Van Swygenhoven, H.; Thilly, L. (2014-06-16). "Effect of microstructure anisotropy on the deformation of MAX polycrystals studied by in-situ compression combined with neutron diffraction". Applied Physics Letters. 104 (24): 241910. doi:10.1063/1.4884601. ISSN 0003-6951.
↑ Çakır, A.; Acet, M.; Farle, M. (2016-07-14). "Shell-ferromagnetism of nano-Heuslers generated by segregation under magnetic field". Scientific Reports. 6 (1). doi:10.1038/srep28931. ISSN 2045-2322.
↑ Holden, Stephen (2013-02-11). "Darin, Bobby". Oxford Music Online. Oxford University Press.
↑ Hoffman، Elizabeth (۲۰۰۸). «APA cohosts workshop on enhancing diversity in science». PsycEXTRA Dataset. دریافت‌شده در ۲۰۲۱-۰۲-۰۲.

[1] Deysher, Grayson; Shuck, Christopher Eugene; Hantanasirisakul, Kanit; Frey, Nathan C.; Foucher, Alexandre C.; Maleski, Kathleen; Sarycheva, Asia; Shenoy, Vivek B.; Stach, Eric A. (2019-12-05). "Synthesis of Mo4VAlC4 MAX Phase and Two-Dimensional Mo4VC4 MXene with Five Atomic Layers of Transition Metals". ACS Nano. 14 (1): 204–217. doi:10.1021/acsnano.9b07708. ISSN 1936-0851.

[2] ttp://jicers.ir/article-1-174-fa.pdf

[3] Schuster, J.C.; Nowotny, H.; Vaccaro, C. (1980-04). "The ternary systems: CrAlC, VAlC, and TiAlC and the behavior of H-phases (M2AlC)". Journal of Solid State Chemistry. 32 (2): 213–219. doi:10.1016/0022-4596(80)90569-1. ISSN 0022-4596. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)

[4] Deysher, Grayson; Shuck, Christopher Eugene; Hantanasirisakul, Kanit; Frey, Nathan C.; Foucher, Alexandre C.; Maleski, Kathleen; Sarycheva, Asia; Shenoy, Vivek B.; Stach, Eric A. (2019-12-05). "Synthesis of Mo4VAlC4 MAX Phase and Two-Dimensional Mo4VC4 MXene with Five Atomic Layers of Transition Metals". ACS Nano. 14 (1): 204–217. doi:10.1021/acsnano.9b07708. ISSN 1936-0851.

[5] Hanaor, D.A.H.; Hu, L.; Kan, W.H.; Proust, G.; Foley, M.; Karaman, I.; Radovic, M. (2016-08). "Compressive performance and crack propagation in Al alloy/Ti2AlC composites". Materials Science and Engineering: A. 672: 247–256. doi:10.1016/j.msea.2016.06.073. ISSN 0921-5093. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)

[6] Mian, LI; You-Bing, LI; Kan, LUO; Jun, LU; Per, EKLUND; Per, PERSSON; Johanna, ROSEN; Lars, HULTMAN; Shi-Yu, DU (2019). "Synthesis of Novel MAX Phase Ti3ZnC2 via A-site-element-substitution Approach". Journal of Inorganic Materials. 34 (1): 60. doi:10.15541/jim20180377. ISSN 1000-324X.

[7] Music, Denis; Schneider, Jochen M. (2007-07). "The correlation between the electronic structure and elastic properties of nanolaminates". JOM. 59 (7): 60–64. doi:10.1007/s11837-007-0091-7. ISSN 1047-4838. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)

[8] Basu, Bikramjit; Balani, Kantesh (2011-09-21). "Advanced Structural Ceramics". doi:10.1002/9781118037300. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)

[9] Emmerlich, J; Music, D; Braun, M; Fayek, P; Munnik, F; Schneider, J M (2009-09-02). "A proposal for an unusually stiff and moderately ductile hard coating material: Mo2BC". Journal of Physics D: Applied Physics. 42 (18): 185406. doi:10.1088/0022-3727/42/18/185406. ISSN 0022-3727.

[10] Takahashi, Tetsuya; Music, Denis; Schneider, Jochen M. (2012-05). "Influence of magnetic ordering on the elastic properties of PdFe3N". Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. 30 (3): 030602. doi:10.1116/1.4703897. ISSN 0734-2101. {{cite journal}}: Check date values in: |date= (help)

[11] Magnuson, Martin (2007). "Electronic Structure Investigation of MAX-Phases by Soft X-ray Emission Spectroscopy". MRS Proceedings. 1023. doi:10.1557/proc-1023-jj09-01. ISSN 0272-9172.

[12] Magnuson, Martin; Mattesini, Maurizio; Nong, Ngo Van; Eklund, Per; Hultman, Lars (2012-05-22). "Electronic-structure origin of the anisotropic thermopower of nanolaminated Ti3SiC2determined by polarized x-ray spectroscopy and Seebeck measurements". Physical Review B. 85 (19). doi:10.1103/physrevb.85.195134. ISSN 1098-0121.

[13] Guitton, Antoine; Joulain, Anne; Thilly, Ludovic; Tromas, Christophe (2012-12-21). "Dislocation analysis of Ti2AlN deformed at room temperature under confining pressure". Philosophical Magazine. 92 (36): 4536–4546. doi:10.1080/14786435.2012.715250. ISSN 1478-6435.

[14] Guitton, A.; Van Petegem, S.; Tromas, C.; Joulain, A.; Van Swygenhoven, H.; Thilly, L. (2014-06-16). "Effect of microstructure anisotropy on the deformation of MAX polycrystals studied by in-situ compression combined with neutron diffraction". Applied Physics Letters. 104 (24): 241910. doi:10.1063/1.4884601. ISSN 0003-6951.

[15] Çakır, A.; Acet, M.; Farle, M. (2016-07-14). "Shell-ferromagnetism of nano-Heuslers generated by segregation under magnetic field". Scientific Reports. 6 (1). doi:10.1038/srep28931. ISSN 2045-2322.

[16] Holden, Stephen (2013-02-11). "Darin, Bobby". Oxford Music Online. Oxford University Press.

[17] Hoffman، Elizabeth (۲۰۰۸). «APA cohosts workshop on enhancing diversity in science». PsycEXTRA Dataset. دریافت‌شده در ۲۰۲۱-۰۲-۰۲.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

[۷]

[۸]

[۹]

[۱۰]

[۱۱]

[۱۲]

[۱۳]

[۱۴]

[۱۵]

[۱۶]

[۱۷]