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Une méthode de croissance monocristalline s'avère efficace pour contrôler l'orientation

Une nouvelle méthode pour faire pousser des monocristaux et contrôler simultanément leur orientation de croissance sans traitement par fusion a été découverte par le docteur Hande Ozcan, docteur en sciences et ingénierie des matériaux de la Texas A&M College, et le docteur Ibrahim Karaman, chef de département et professeur Chevron.

La découverte de cette nouvelle méthode de contrôle de la croissance et de l’orientation des cristaux à l’état solide a récemment été publiée dans la revue Acta Materialia.

“Nous avons travaillé sur des monocristaux au cours des trois dernières décennies, mais la croissance des cristaux avec un traitement par fusion et le contrôle de leurs orientations ont été assez difficiles”, a déclaré Karaman. “La méthode que Hande a découverte nous fait maintenant gagner beaucoup de temps et offre additionally de flexibilité. Il y a moreover à explorer  c’est ce qui nous enthousiasme pour cette nouvelle méthode.”

Selon le document de recherche, le contrôle de la taille. Ozcan a déclaré que cette méthode est importante pour les purposes qui nécessitent des matériaux aux propriétés anisotropes.

“Ce mécanisme permet à ces matériaux de changer leur orientation à l’état solide sans procedures de traitement en fusion lourdes et coûteuses. a déclaré Ozcan.

Pour la première fois.

“Cela pourrait changer fondamentalement la façon dont nous regardons les monocristaux et manipulons les propriétés des matériaux, motor vehicle avec les méthodes à l’état solide, nous pouvons non seulement développer très facilement de gros monocristaux, mais en même temps. dit Ozcan.

Les monocristaux sont essentiels à la microélectronique, aux cristaux optiques, aux dispositifs magnétiques, aux cellules solaires, aux composants piézoélectriques et aux alliages multifonctionnels. Un exemple de cas d’utilisation spécifique pour ces matériaux est celui des alliages multifonctionnels à mémoire de forme.

“Par exemple. mais lorsque vous le relâchez, il reprend sa forme d’origine”, a déclaré Ozcan.

Ces propriétés dépendent fortement de l’orientation du monocristal certaines orientations présentent cette reprise de façon parfaite, d’autres non. Ainsi, le contrôle de l’orientation est essentiel pour obtenir des propriétés fonctionnelles supérieures.

Un autre avantage de cette strategy, selon le document de recherche, est qu’elle ne nécessite pas d’équipement complexe et coûteux.

Traditionnellement, les tactics de croissance par fusion. sont utilisées pour obtenir de gros cristaux avec une orientation préférée. Cependant, le contrôle de l’orientation des cristaux reste un défi.

une nucléation précise et un contrôle du profil thermique pendant le traitement.

En raison de cette complexité, ces méthodes sont très coûteuses.

Dans ce processus, les cristaux produits sont additionally polyvalents et peuvent atteindre une meilleure homogénéité chimique que dans les techniques de fusion-croissance traditionnellement utilisées.

L’équipe de recherche de Texas A&M a démontré la méthode SSCG dans deux systèmes d’alliage, FeMnAlNi et CuMnAl, et a obtenu des changements d’orientation répétés et massifs à l’état solide.

Ces découvertes offrent une nouvelle stratégie pour manipuler l’orientation de grands monocristaux à la demande afin de tirer parti de leurs propriétés supérieures et hautement anisotropes, selon le doc de recherche.

“Ce processus fonctionne avec des matériaux qui ont des précipités semi-cohérents et qui ont des régions à deux phases dans leur diagramme de stage”, a déclaré Ozcan. “Lorsque vous faites passer plusieurs fois le matériau de températures élevées à basses dans une région à deux phases, les précipités se nucléent et se dissolvent et laissent derrière eux les joints de sous-grains. Ensuite, les grains commencent à se développer, ce qui diminue l’excès d’énergie des joints de sous-grains. Ces grains continuent de croître et fusionner, et finalement, vous pouvez obtenir un seul cristal.”

il n’y a pas d’autre moyen de réduire l’excès d’énergie dans le système.

“Nous avons en fait découvert cette strategy alors que nous travaillions sur autre chose. a déclaré Ozcan. “Nous travaillions juste sur la croissance de grands monocristaux.”

Au cours de ce processus, Ozcan et l’équipe ont découvert qu’en quelques cycles seulement, les alliages se transformaient en monocristaux, et avec des cycles supplémentaires, elle s’est rendu compte que l’orientation des monocristaux commençait à changer complètement.

“J’ai montré les résultats au Dr Karaman, et j’étais tellement excitée”, a-t-elle déclaré. nous avons commencé à comprendre ce qui se passait et pourquoi l’orientation du cristal changeait  nous avons essayé différentes méthodes et calendriers de traitement afin de manipuler ce changement.

Cette découverte ouvrira de vastes domaines de recherche, a-t-elle déclaré. Ce n’est que le début de cette nouvelle voie passionnante pour trouver de nouveaux matériaux.