Τι είναι η αντίστροφη εξάχνωση;

Το αντίστροφη εξάχνωση ή ηρεμιστική, που ονομάζεται επίσης εναπόθεση ή στερεοποίηση ενός αερίου με ψύξη, είναι το αντίθετο της εξάχνωσης, το οποίο εξατμίζει τα στερεά χωρίς πρώτα να τα ρευστοποιήσει.

Διεξάγονται πολλές έρευνες στον τομέα της εναπόθεσης χημικών ατμών, ιδίως στον τομέα των υλικών που χρησιμοποιούνται για την κάλυψη των πολυμερών, και την εξεύρεση υλικών που είναι λιγότερο επιβλαβή για το περιβάλλον (Anne Marie Helmenstine, 2016).

Σε μια δεδομένη θερμοκρασία, οι περισσότερες ενώσεις και χημικά στοιχεία μπορεί να έχουν μία από τις τρεις διαφορετικές καταστάσεις ύλης σε διαφορετικές πιέσεις.

Σε αυτές τις περιπτώσεις, η μετάβαση από την στερεή κατάσταση στην αέρια κατάσταση απαιτεί μία ενδιάμεση υγρή κατάσταση. Αλλά σε θερμοκρασίες χαμηλότερες από το τριπλό σημείο, μια αύξηση της πίεσης θα οδηγήσει σε μια μετάβαση φάσης, απευθείας από το αέριο στο στερεό.

Επίσης, σε πιέσεις κάτω από την πίεση των τριπλών σημείων, μια μείωση της θερμοκρασίας θα έχει ως αποτέλεσμα ένα αέριο να γίνει στερεό χωρίς να διέλθει από την περιοχή του υγρού (Boundless, S.F.).

Παραδείγματα αντίστροφης εξάχνωσης

Ο πάγος και το χιόνι είναι τα πιο συνηθισμένα παραδείγματα ανάστροφης εξάχνωσης. Το χιόνι που πέφτει το χειμώνα είναι το προϊόν της υπερψύξης του υδρατμού που βρίσκεται στα σύννεφα.

Ο παγετός είναι ένα άλλο παράδειγμα απόθεσης που μπορεί να θεωρηθεί ως ένα πείραμα στη χημεία που περιγράφει αλλαγές στις καταστάσεις της ύλης.

Μπορείτε επίσης να πειραματιστείτε με ένα δοχείο αλουμινίου και πολύ κρύο θαλασσινό νερό. Οι μετεωρολόγοι μπόρεσαν να δοκιμάσουν την εναπόθεση από το πρώτο χέρι κατά τη διάρκεια του χειμώνα του 2014 λόγω των θερμοκρασιών κάτω από το νερό σε πολλές περιοχές των Ηνωμένων Πολιτειών.

Οι δίοδοι εκπομπής φωτός ή φώτα LED επικαλύπτονται με διαφορετικές ουσίες με εναπόθεση.

Τα συνθετικά διαμάντια μπορούν επίσης να κατασκευαστούν με χημική εναπόθεση, πράγμα που σημαίνει ότι διαμάντια όλων των σχημάτων, μεγεθών και χρωμάτων μπορούν να κατασκευαστούν με τεχνητό ψύχος άνθρακα.

Οι μαθητές μπορούν να πειραματιστούν με την κατασκευή ενός συνθετικού διαμαντιού χωρίς όλη τη θερμότητα και την πίεση (Garrett-Hatfield, S.F.).

Εφαρμογές εξάχνωσης

1- Απόθεση χημικών ατμών

Η χημική εναπόθεση ατμού (ή CVD) είναι μια γενική ονομασία για μια ομάδα διαδικασιών που περιλαμβάνουν απόθεση ενός στερεού υλικού από μια αέρια φάση και είναι παρόμοια σε ορισμένες απόψεις με την φυσική εναπόθεση ατμών (PVD). ).

Το PVD διαφέρει από το ότι οι πρόδρομοι είναι στερεοί, με το προς εναπόθεση υλικό να εξατμίζεται από στερεό λευκό και να εναποτίθεται επί του υποστρώματος.

Τα πρόδρομα αέρια (συχνά αραιωμένα στα φέροντα αέρια) τροφοδοτούνται στον θάλαμο αντίδρασης σε περίπου θερμοκρασίες περιβάλλοντος.

Όταν περνούν ή έλθουν σε επαφή με ένα θερμαινόμενο υπόστρωμα, αντιδρούν ή αποσυντίθενται σχηματίζοντας μία στερεά φάση που εναποτίθεται στο υπόστρωμα.

Η θερμοκρασία του υποστρώματος είναι κρίσιμη και μπορεί να επηρεάσει τις αντιδράσεις που θα πραγματοποιηθούν (AZoM, 2002).

Κατά μία έννοια, μπορείτε να εντοπίσετε την τεχνολογία της χημικής απόθεσης ατμών, ή CVD, μέχρι την προϊστορία:

«Όταν οι σπηλαιολόγοι άναψαν μια λάμπα και η αιθάλη είχε κατατεθεί στον τοίχο μιας σπηλιάς», λέει, ήταν μια στοιχειώδης μορφή CVD.

Σήμερα, το CVD είναι ένα βασικό εργαλείο κατασκευής, το οποίο χρησιμοποιείται σε όλα, από τα γυαλιά ηλίου έως τις τσάντες των πατατών και είναι απαραίτητο για την παραγωγή πολλών σημερινών ηλεκτρονικών.

Είναι επίσης μια τεχνική που υπόκειται στη βελτίωση και στη συνεχή επέκταση, ωθώντας την έρευνα των υλικών σε νέες κατευθύνσεις, όπως η παραγωγή μεγάλων φύλλων γραφένης ή η ανάπτυξη ηλιακών κυψελών που θα μπορούσαν να «τυπωθούν» σε ένα φύλλο χαρτιού ή πλαστικού Chandler, 2015).

2- Απόθεση φυσικών ατμών

Η φυσική εναπόθεση με ατμό (PVD) είναι ουσιαστικά μια τεχνική επικάλυψης εξάτμισης, η οποία περιλαμβάνει τη μεταφορά υλικού στο ατομικό επίπεδο. Πρόκειται για μια εναλλακτική διαδικασία για την ηλεκτρολυτική επικάλυψη

Η διαδικασία είναι παρόμοια με την εναπόθεση χημικών ατμών (CVD), εκτός από τις πρώτες ύλες / πρόδρομες ουσίες.

Δηλαδή, το προς απόθεση υλικό αρχίζει σε στερεή μορφή, ενώ σε CVD οι πρόδρομοι εισάγονται στον θάλαμο αντίδρασης σε αέρια κατάσταση.

Ενσωματώνει διαδικασίες όπως επίστρωση ψεκασμού και εναπόθεση παλμών λέιζερ (AZoM, 2002).

Στη μέθοδο PVD, το στερεό υλικό επικάλυψης υψηλής καθαρότητας (μέταλλα όπως τιτάνιο, χρώμιο και αργίλιο) εξατμίζεται με θερμότητα ή με βομβαρδισμό με ιόντα (ψεκασμός).

Ταυτόχρονα, προστίθεται ένα αντιδραστικό αέριο (για παράδειγμα, άζωτο ή αέριο που περιέχει άνθρακα).

Δημιουργήστε μια ένωση με τους μεταλλικούς ατμούς που εναποτίθενται στα εργαλεία ή τα συστατικά ως λεπτή και εξαιρετικά προσκολλητική επικάλυψη.

Ένα ομοιόμορφο πάχος επικάλυψης επιτυγχάνεται με περιστροφή των τμημάτων με σταθερή ταχύτητα γύρω από αρκετούς άξονες (Oerlikon Balzer, S.F.).

3- Απόθεση ατομικών στρωμάτων

Η εναπόθεση ατομικών στρωμάτων (DCA) είναι μια τεχνική εναπόθεσης σε ατμόσφαιρα ικανή να εναποθέτει λεπτά υμένια υψηλής ποιότητας, ομοιόμορφα και συμβατά σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες.

Αυτές οι εξαιρετικές ιδιότητες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αντιμετώπιση των προκλήσεων επεξεργασίας για διάφορους τύπους ηλιακών κυψελίδων επόμενης γενιάς.

Ως εκ τούτου, το DCA για φωτοβολταϊκά κύτταρα έχει προσελκύσει μεγάλο ενδιαφέρον για ακαδημαϊκή και βιομηχανική έρευνα τα τελευταία χρόνια (J A van Delft, 2012).

Η εναπόθεση των ατομικών στρωμάτων παρέχει ένα μοναδικό εργαλείο για την ανάπτυξη λεπτών φιλμ με εξαιρετική συμμόρφωση και έλεγχο πάχους σε ατομικά επίπεδα.

Η εφαρμογή του DCA στην έρευνα στον τομέα της ενέργειας έχει λάβει αυξημένη προσοχή τα τελευταία χρόνια.

Στην ηλιακή τεχνολογία, το νιτρίδιο του πυριτίου Si3N4 χρησιμοποιείται ως αντιανακλαστικό στρώμα. Αυτό το στρώμα προκαλεί το σκούρο μπλε χρώμα των ηλιακών κυψελών κρυσταλλικού πυριτίου.

Η απόθεση πραγματοποιείται με βελτιωμένο πλάσμα σε σύστημα PECVD (χημική απόθεση ατμών ενισχυμένη με πλάσμα) (Wenbin Niu, 2015).

Η τεχνολογία PECVD επιτρέπει την ταχεία εναπόθεση του στρώματος νιτριδίου του πυριτίου. Η κάλυψη των άκρων είναι καλή.

Γενικά, ως πρώτη ύλη χρησιμοποιείται η σιλάνια και η αμμωνία. Η απόθεση μπορεί να λάβει χώρα σε θερμοκρασίες κάτω από 400 ° C (Crystec Technology Trading, S.F.).

Αναφορές

1. Anne Marie Helmenstine, Ρ. (2016, 20 Ιουνίου). Ορισμός εξάχνωσης (Μεταβατική φάση στη χημεία). Ανακτήθηκε από thoughtco.com.
2. (2002, 31 Ιουλίου). Απόθεση χημικών ατμών (CVD) - Εισαγωγή. Ανάκτηση από το azom.com.
3. (2002, 6 Αυγούστου). Φυσική εναπόθεση ατμών (PVD) - Εισαγωγή. Ανάκτηση από το azom.com.
4. (S.F.). Μεταφορά στερεών σε αέρια φάση. Ανακτήθηκε από το boundless.com.
5. Chandler, D.L. (2015, 19 Ιουνίου). Εξηγεί: χημική εναπόθεση ατμών. Ανακτήθηκε από το news.mit.edu.
6. Crystec Technology Trading. (S.F.). Η εναπόθεση στιβάδων αντιδρικού στρώματος νιτριδίου πυριτίου σε ηλιακά κύτταρα κρυσταλλικού πυριτίου με την τεχνολογία PECVD. Ανάκτηση από crystec.com.
7. Garrett-Hatfield, L. (S.F.). Απόθεση σε Πειράματα Χημείας. Ανακτήθηκε από education.seattlepi.com.
8. J A van Delft, D.G.-A. (2012, 22 Ιουνίου). Απόθεση ατομικού στρώματος για φωτοβολταϊκά:. Ανάκτηση από το tue.n.
9. Oerlikon Balzer. (S.F.). Διαδικασίες που βασίζονται σε PVD. Ανάκτηση από το oerlikon.com.
10. Wenbin Niu, Χ. L. (2015). Εφαρμογές εναπόθεσης ατομικών στρωμάτων σε ηλιακά κύτταρα. Νανοτεχνολογία, τόμος 26, αριθμός 6.