Benzeri görülmemiş, hatasız bir metal kristal üretin!
Temel Bilim Enstitüsü (IBS) Çok Boyutlu Karbon Malzemeler Merkezi'nden bir araştırma ekibi, Science'ta ucuz polikristalin metal folyoları üstün performansla tek kristallere dönüştürmek için yeni bir yöntemi açıklayan bir makale yayınladı. Bu malzemelerin bilim ve teknolojide birçok uygulaması vardır. Çoğu metal malzemenin yapısı, her küçük parça arasındaki sınırda bazı kusurlarla birlikte küçük kristalleri birbirine ekleyerek düşünülebilir. Bu kusurlara, metalin elektriksel ve mekanik özelliklerini bozan tane sınırları (GB) denir. Aksine, tek kristal metaller GB'lere sahip değildir, daha yüksek iletkenliğe ve diğer gelişmiş özelliklere sahiptir ve elektronik, plazma ve kataliz alanlarında önemli bir rol oynarlar. Bakır, nikel ve kobalt gibi tek kristal metaller, hatasız grafen, bor nitrür ve elmasın büyümesi için uygun olduğundan, tek kristal metal folyolar da yaygın bir ilgi gördü.
Brocade Park-Bilim Popülerleştirme: Tek kristaller genellikle "kristal tohumlardan" üretilir. Czochralski veya Bridgman yöntemi gibi geleneksel yöntemler veya ince metal filmlerin tek kristal inorganik substratlar üzerinde biriktirilmesine dayanan diğer yöntemler, daha yüksek işlem maliyetleri ile küçük tek kristaller elde eder. Bu metal yapının potansiyelini tam olarak gerçekleştirmek için, Ulsan Ulusal Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nden (UNIST) Rodney Ruff liderliğindeki IBS ekibi, Kim Sung Hwan ve Shin Hyung Joon ile birlikte temassız tavlama (CFA) teknolojisini icat etti. CFA, polikristalin metal folyonun her metalin erime noktasının biraz altındaki bir sıcaklığa ısıtılmasını içerir. Bu yeni yöntem, maksimum kristal boyutunu sınırlayan tek kristal çekirdek veya şablon gerektirmez. Yöntem beş farklı metal folyo ile test edildi: bakır, nikel, kobalt, platin ve paladyum. Bu, 32 santimetre kareye ulaşan bakır taneleri ile muazzam tane büyümesi ile sonuçlandı.
(A) Kuvars tutucu bakır (bakır) folyonun şematik diyagramı askıya alınmıştır, (B) Fotoğraf konfigürasyonunun şematik diyagramı bakınız (A), (C) foto tavlanmış tek kristal bakır alüminyum folyo (yaklaşık 2 cm x 8 cm), bir cetvel Ek olarak, (D) P1-P3, (C) 'de gösterilen tavlanmış tek kristal bakır folyodaki üç bölgenin X-ışını kırınımı (XRD) spektrumlarını gösterir. Resim: IBS
Deneyin detayları, kullanılan metale göre değişir. Bakır gelince, araştırmacılar bir kuvars tutucu ve metal folyoyu elbise gibi çamaşır ipine asmak için bir çubuk kullandılar. Alüminyum folyo daha sonra bir hidrojen ve argon atmosferinde, bakırın erime noktasına (1358 K) yakın bir sıcaklıkta yaklaşık 1050 santigrat derece (1323 Kelvin) sıcaklıkta borulu bir fırında birkaç saat ısıtılır ve ardından soğutulur. Bilim adamları ayrıca her biri yaklaşık 11 cm olan nikel ve kobalt folyolardan tekli kristaller elde ettiler. Elde edilen boyut, fırının boyutu ile sınırlıdır. Platin, yüksek erime noktası (2041k) nedeniyle dirençle ısıtılır.Akım karşılıklı iki elektroda bağlı platin folyodan geçer ve ardından bir elektrot hareket ettirilir ve folyoyu genişleyip daraldığında düz tutmak için ayarlanır. Araştırma ekibi, bu tekniğin diğer folyolara da uygulanabileceğini umuyor çünkü paladyum için de geçerli. Bu büyük tek kristal metal folyolar birçok uygulamada kullanışlıdır. Örneğin, üzerlerinde grafen yetiştirebilirler.
Tek kristal bakır folyo üzerinde büyütülmüş grafen pulları. (Sol) Tek kristal bakır folyo üzerinde yüksek kaliteli tek kristal tek katmanlı grafen elde edildi ve (sağ) çok katmanlı grafen (2-10 katman) tek kristal bakır-nikel alaşımlı folyo üzerinde elde edildi. Şekil 3: Kristal, yüzey enerjisini azaltmak için yön değiştirir. Araştırma ekibi üyeleri Ding Feng, Zhang Lening ve Dong Jichen, "dev tahıl büyümesi" üzerine bir model ve teorik hesaplamalar önerdi ve deneyler yoluyla gözlemler ve araştırmalar yaptı. SHIN Hyung-Joon insanlara polikristalin metal folyonun ilk "dokusunun" önemini ve bunun tahıl büyüme sürecindeki rolünü hatırlatıyor. Kristal yapıda çok sayıda delik olduğunda (moleküler dinamik simülasyonunda% 5), yüzey enerjisini en aza indirmek için kristalin yönü değişecektir. Resim: IBS
Tek kristal bakır folyo üzerinde yüksek kaliteli tek kristalli tek katmanlı grafen elde edildi ve tek kristalli bakır-nikel alaşımlı folyo üzerinde çok katmanlı grafen elde edildi. Yeni tek kristal bakır folyo, daha iyi elektriksel özelliklere sahiptir. Sungkyunkwan Üniversitesi (Sungkyunkwan Üniversitesi) işbirlikçileri Yoo Won Jong ve Moon Inyong, tek kristal bakır folyonun oda sıcaklığı iletkenliğini ölçtüler ve piyasadaki mevcut polikristalin bakır folyo ile karşılaştırıldığında tek kristal bakır folyonun oda sıcaklığını buldular. İletkenlik% 7 arttı. Araştırma raporunun ilk yazarı Jin Sung-hwan şunları söyledi: Artık bu beş metali keşfettiğimize ve böylesine büyük bir tek kristal yapmak için doğrudan ölçeklenebilir bir yöntem icat ettiğimize göre, heyecan verici soru şu: Demir gibi polikristalin metal film türü de tek kristale dönüştürülebilir. Artık bu ucuz monokristal metal folyolar piyasada olduğuna göre, bilim ve mühendislik topluluğu tarafından nasıl kullanıldığını görmek çok heyecan verici olacak.
Boke Park-Bilim Popülerleştirme Referans Süreli Edebiyat: "Bilim"
Araştırma / Kimden: Temel Bilimler Enstitüsü
DOI: 10.1126 / science.aao3373
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
