Ohut kalvot herättävät edelleen tutkijoiden huomion.Tämä artikkeli esittelee nykyistä ja syvällisempää tutkimusta niiden sovelluksista, muuttuvista kerrostumismenetelmistä ja tulevista käyttötavoista.
"Kalvo" on suhteellinen termi kaksiulotteiselle (2D) materiaalille, joka on paljon ohuempaa kuin sen substraatti, olipa se sitten tarkoitettu peittämään alusta tai kerrostettavana kahden pinnan välissä.Nykyisissä teollisissa sovelluksissa näiden ohuiden kalvojen paksuus vaihtelee tyypillisesti subnanometrin (nm) atomimitoista (eli <1 nm) useisiin mikrometreihin (μm).Yksikerroksisen grafeenin paksuus on yksi hiiliatomi (eli ~0,335 nm).
Filmejä käytettiin esihistoriallisina aikoina koriste- ja kuvatarkoituksiin.Nykyään luksusesineet ja korut on päällystetty ohuilla jalometallikalvoilla, kuten pronssilla, hopealla, kullalla ja platinalla.
Kalvojen yleisin käyttökohde on pintojen fyysinen suojaaminen hankaukselta, iskuilta, naarmuilta, eroosiolta ja hankauksilta.Diamond-like hiili (DLC) ja MoSi2 kerroksia käytetään suojaamaan autojen moottoreita kulumiselta ja korkean lämpötilan korroosiolta, joka aiheutuu mekaanisten liikkuvien osien välisestä kitkasta.
Ohutkalvoja käytetään myös suojaamaan reaktiivisia pintoja ympäristöltä, oli se sitten hapettumista tai kosteuden aiheuttamaa hydraatiota.Suojaavat johtavat kalvot ovat saaneet paljon huomiota puolijohdelaitteiden, dielektristen kalvoerottimien, ohutkalvoelektrodien ja sähkömagneettisten häiriöiden (EMI) aloilla.Erityisesti metallioksidikenttätransistorit (MOSFET) sisältävät kemiallisesti ja termisesti stabiileja dielektrisiä kalvoja, kuten SiO2, ja komplementaariset metallioksidipuolijohteet (CMOS) sisältävät johtavia kuparikalvoja.
Ohutkalvoelektrodit lisäävät energiatiheyden suhdetta superkondensaattorien tilavuuteen useita kertoja.Lisäksi metalliohutkalvoja ja tällä hetkellä MXene- (siirtymämetallikarbideja, nitridejä tai karbonitridejä) perovskiittikeraamisia ohutkalvoja käytetään laajalti elektronisten komponenttien suojaamiseen sähkömagneettisilta häiriöiltä.
PVD:ssä kohdemateriaali höyrystetään ja siirretään tyhjiökammioon, joka sisältää substraatin.Höyryt alkavat kertyä alustan pinnalle yksinkertaisesti kondensoitumisen vuoksi.Tyhjiö estää epäpuhtauksien sekoittumisen ja törmäykset höyrymolekyylien ja jäännöskaasumolekyylien välillä.
Höyryyn tuotava turbulenssi, lämpötilagradientti, höyryn virtausnopeus ja kohdemateriaalin piilevä lämpö ovat tärkeitä kalvon tasaisuuden ja käsittelyajan määrittämisessä.Haihdutusmenetelmiä ovat resistiivinen kuumennus, elektronisuihkulämmitys ja viime aikoina molekyylisuihkuepitaksi.
Perinteisen PVD:n haittoja ovat sen kyvyttömyys höyrystää erittäin korkean sulamispisteen materiaaleja sekä haihtumis-kondensaatioprosessin aiheuttamat rakenteelliset muutokset kerrostettuun materiaaliin.Magnetronisputterointi on seuraavan sukupolven fyysinen pinnoitustekniikka, joka ratkaisee nämä ongelmat.Magnetronisputteroinnissa kohdemolekyylit irrotetaan (sputteroidaan) pommittamalla energeettisillä positiivisilla ioneilla magnetronin synnyttämän magneettikentän kautta.
Ohutkalvoilla on erityinen paikka nykyaikaisissa elektronisissa, optisissa, mekaanisissa, fotonisissa, lämpö- ja magneettisissa laitteissa ja jopa sisustustuotteissa monipuolisuutensa, kompaktiutensa ja toiminnallisten ominaisuuksiensa ansiosta.PVD ja CVD ovat yleisimmin käytettyjä höyrypinnoitusmenetelmiä ohuiden kalvojen tuottamiseksi, joiden paksuus vaihtelee muutamasta nanometristä muutamaan mikrometriin.
Saostetun kalvon lopullinen morfologia vaikuttaa sen suorituskykyyn ja tehokkuuteen.Ohutkalvohaihdutuspinnoitustekniikat vaativat kuitenkin lisätutkimusta ohutkalvon ominaisuuksien ennustamiseksi tarkasti käytettävissä olevien prosessipanosten, valittujen kohdemateriaalien ja alustan ominaisuuksien perusteella.
Globaalit puolijohdemarkkinat ovat siirtyneet jännittävään ajanjaksoon.Siruteknologian kysyntä on sekä vauhdittanut että hidastanut alan kehitystä, ja nykyisen sirupulan odotetaan jatkuvan vielä jonkin aikaa.Nykyiset trendit todennäköisesti muokkaavat alan tulevaisuutta tämän jatkuessa
Suurin ero grafeenipohjaisten ja solid-state-akkujen välillä on elektrodien koostumus.Vaikka katodeja usein modifioidaan, myös hiilen allotrooppeja voidaan käyttää anodien valmistukseen.
Esineiden internet on viime vuosina otettu käyttöön nopeasti lähes kaikilla alueilla, mutta erityisen tärkeä se on sähköautoteollisuudessa.
Postitusaika: 23.4.2023