Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 26 °C
Gök Gürültülü

Titanyumun Termal Oksidasyonu ile İndüklenen Kristal Alan Ayrılmasının Belirlenmesi

02.04.2021
91
Titanyumun Termal Oksidasyonu ile İndüklenen Kristal Alan Ayrılmasının Belirlenmesi

Günümüzde endüstri ve tıp için titanyum dioksit kadar önemli birkaç bileşik vardır. Uygulamalarının çeşitliliğine ve popülerliğine rağmen, bu bileşikten yapılan malzemelerin yüzey yapısı ve burada meydana gelen işlemler ile ilgili birçok konu belirsizliğini korumaktadır. Bu sırlardan bazıları Polonya Bilimler Akademisi Nükleer Fizik Enstitüsü‘nden bilim adamlarına açıklandı. Araştırmalarında SOLARIS senkrotronunu ilk kez kullanıyorlardı.

Birçok kimyasal reaksiyonda katalizör olarak, plastiklerde, boyalarda veya kozmetiklerde pigment olarak bulunur ve tıbbi implantlarda yüksek biyouyumluluklarını garanti eder. Titanyum dioksit (TiO2) bugün neredeyse her yerde bulunur, bu da tüm özelliklerinin insanlık tarafından zaten bilindiği anlamına gelmez. Solaris senkrotron üzerinde çalışan Dr. Jakub Szlachetko liderliğindeki Polonya Bilimler Akademisi Nükleer Fizik Enstitüsü’nden (IFJ PAN) bir grup bilim adamı, titanyum numunelerinin dış katmanları ve malzemenin elektronik yapısındaki ilgili değişiklikler. Titanyum dioksit üzerine yapılan araştırma, SOLARIS senkrotron üzerinde yürütülen araştırma programlarında IFJ PAN bilim adamlarının varlığını başlattı. Ulusal Senkrotron Radyasyon Merkezi’nin bir parçası olarak faaliyet gösteren cihaz, Krakov’da Jagiellonian Üniversitesi’nin 600. yıldönümü kampüsünde bulunuyor.

Senkrotron radyasyonu, General Electric‘in mıknatısların kullanımıyla hızlandırılmış elektronların yolunu eğen bir hızlandırıcı başlattığı 1947’de keşfedildi. Parçacıklar daha sonra rastgele ışık yaymaya başlayacak, bu yüzden enerji kaybetmişlerdi – oysa onu kazanmaları gerekiyordu! Senkrotron radyasyonu bu nedenle istenmeyen bir etki olarak kabul edildi. Sadece birbirini takip eden senkrotron radyasyon kaynakları nesilleri sayesinde, neredeyse her zaman aynı özelliklere sahip darbelerin yüksek tekrarlanabilirliği de dahil olmak üzere, daha yüksek yoğunluklu ve daha iyi yayılan ışık kalitesine sahip ışık demetleri elde edildi.

Orta Avrupa’da bu tipin en büyük ve en modern cihazı olan SOLARIS senkrotron iki ana bölümden oluşmaktadır. Birincisi, 40 m uzunluğunda bir doğrusal elektron hızlandırıcısıdır. Parçacıklar burada 600 megaelektronvoltluk enerji kazanırlar ve ardından düzeneğin ikinci kısmına – kıvrımlı mıknatısların, kıpırdatıcıların ve dalgaların yerleştirildiği 96 m çevreye sahip bir biriktirme halkasının iç kısmına ulaşırlar. Bunlar, içinde elektron yolunun şeklinin bir sinüzoide benzemeye başladığı dönüşümlü olarak yönlendirilmiş mıknatıs kümeleridir. O zaman, “yalpalama” elektronları, ölçüm ekipmanı ile uygun uç istasyonlara yönlendirilen senkrotron radyasyonu yayar. SOLARIS tarafından üretilen elektromanyetik dalgalar yumuşak X ışınları olarak sınıflandırılır.

Senkrotron radyasyonunun benzersiz özelliklerinin birçok uygulaması vardır: yeni materyallerin geliştirilmesine yardımcı olurlar, kimyasal reaksiyonların seyrini izlerler ve nanoteknoloji, mikrobiyoloji, tıp, farmakoloji ve diğer birçok bilim dalının geliştirilmesi için faydalı deneyler yapmayı mümkün kılarlar.

Cracow synchrotron SOLARIS’in XAS araştırma istasyonundaki ölçüm odasının içi. Kredi bilgileri: IFJ PAN

“SOLARIS synchrotron üzerine yapılan araştırmalar tamamen yeni olanaklar sunar, bu nedenle Polonya’dan ve dünyanın her yerinden birçok araştırma grubunun burada beamtime için başvurması şaşırtıcı değildir. Enstitümüz tıpkı SOLARIS synchrotron gibi Cracow’da yer alsa da, biz herkes gibi IFJ PAN’da Disiplinlerarası Araştırma Bölümü başkanı ve Polonya Senkrotron Radyasyon Derneği Başkanı Prof. Wojciech M. Kwiatek, uygun ölçüm istasyonunda ışın süresi için araştırma kalitesi açısından rekabet etti “diyor. Prof. Kwiatek, pandeminin gelişmesinin neden olduğu seyahat kısıtlamaları çağında, pratik olarak yerinde gelişmiş fiziksel muayeneler yapma olasılığının çok büyük bir avantaj olduğunu belirtiyor.

IFJ PAN’den araştırmacılar, Polonya Ulusal Bilim Merkezi tarafından finanse edilen son ölçümlerini XAS deney istasyonunda gerçekleştirdiler. X-ışınlarının daha önce Enstitüde dikkatle kontrol edilen koşullar altında üretilen titanyum numunelerinin yüzey katmanları tarafından nasıl absorbe edildiğini kaydeder.

“Sıcaklıktaki değişimlere ve oksidasyon işleminin ilerlemesine bağlı olarak numunelerin yüzey katmanlarının elektronik yapısındaki değişikliklerin gözlemlerine odaklandık. Bu amaçla titanyum diskleri farklı sıcaklıklarda ve ortam atmosferlerinde ısıttık. senkrotron deney istasyonunda, numuneler senkrotron radyasyonu, yani X ışınları ile aydınlatıldı.Senkrotron radyasyonunun özellikleri iyi bilindiğinden, onu titanyum atomlarının dolu olmayan elektronik durumlarının yapısını kesin olarak belirlemek için kullanabildik ve bu temelde malzemenin yapısındaki değişikliklerle ilgili sonuçlar, “diyor Ph.D. öğrenci Klaudia Wojtaszek (IFJ PAN) Journal of Physical Chemistry A.

Titanyum dioksit, farklı kristalografik yapılarla karakterize edilen üç polimorfik formda oluşur. En popüler olanı, birçok kayada yaygın olan bir mineral olan rutildir (diğer çeşitler anataz ve brookittir). SOLARIS senkrotron üzerine yapılan araştırmalar, Krakov’daki fizikçilerin rutil fazı oluşturma sürecini tam olarak yeniden yaratmalarına izin verdi. Daha önce düşünülenden daha düşük sıcaklıklarda oluştuğu ortaya çıktı.

“Araştırmamız, malzemenin yapısı hakkında temel bilgiler sağlar. Bununla birlikte, bu yapı titanyum dioksit yüzeyinin fiziko-kimyasal özellikleriyle yakından ilgilidir. Bu nedenle, sonuçlarımız, örneğin, tıbbi implantlar, yüzey özelliklerini optimize etmek için kullanılabilir” dedi, SOLARIS synchrotron’daki deneylerin yürütülmesinden sorumlu olan Dr. Anna Wach.


Daha fazla bilgi:
Klaudia Wojtaszek ve diğerleri, Titanyumun Termal Oksidasyonu ile İndüklenen Kristal Alan Ayrılmasının Belirlenmesi, Fiziksel Kimya Dergisi A (2021). DOI: 10.1021 / acs.jpca.0c07955

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.