افزايش سختي بلور پتاسيم كلرايد با آلايش نانو ذرات الماس

KCl Hardness increase via nano-diamond particle doping

در ميان هاليدهاي آلكاييدي، پتاسيم كلرايد، KCl، (با آلايش با ناخالصي هاي دو يا تك ظرفيتي) محتملا داراي بيشترين سهم پژوهشي است. در اين مقاله رشد و مشخصه يابي خواص مكانيكي بلور KCl با آلايش نانوذرات الماس صورت گرفته است. با توجه به خواص يگانه نانوذرات الماس در بهبود ويژگي هاي مواد، استفاده از آنها در اين كار مورد نظر قرار گرفته است. بلورها با روش چوكرالسكي رشد داده شده و با ناخالصي هاي 5ر0، 1 و 5ر1 درصد آلاييده شده اند. سطح مقطع هاي شكست بلورهاي خالص و آلاييده شده با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد بررسي قرار گرفته اند به عنوان نتيجه، افزايش درصد آلايش نانوذرات الماس در بلور KCl منجر به افزايش ناهمواري سطحي و انحناي بيشتر خطوط بريدگي سطح مقطع شكست بلور مي شود. اين به معناي افزايش مقاومت مكانيكي بلور در مقابل تنش برشي با افايش ميزان آلايش نانو ذرات الماس در آن است. سختي بلورهاي خالص و آلاييده شده با روش سختي سنجي ويكرز به دست آمدند. بررسي نظري سختي بلورهاي آلاييده و خالص به صورت نطري صورت گرفت. آناليز نتايج به دست آمده نشان دهنده افزايش مقاومت مكانيكي بلورها پس از آلايش يا نانوذرات الماس است.

In this work growth and characterization of potassium chloride with nanodiamond is studied. Crystals were grown using Czochralski crystal growth method. KCl crystals are doped with 0.5, 1 and 1.5 percent nanodiamond (ND) impurities. Breaking cross sections of the pure and doped crystals were characterized by scanning electron microscopy (SEM). As a result, increasing the doping percentage of the ND in the KCl crystal, leads to increasing the surface roughness and nicks curvature on the fracture cross section of the crystal. It means that ND doping inside KCl crystal caused mechanical hardness of the crystal to increase and increasing the doping percentage results in more mechanical resistant crystal. On the other hand, Vickers microhardness scale is used in this study. Hardness is too complex to be described by first principles. Based on the dielectric chemical bond theory, a semiempirical theoretical formulation of the hardness of pure and doped crystals is introduced. Analysis of the results shows increasing of the nanodiamond doping leads to an increase in mechanical resistance of the samples.