හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ක්ෂුද්‍ර කුඩු වල අද්විතීය ගුණාංග සහ යෙදුම් අපේක්ෂාවන් හෙළිදරව් කිරීම.
අද අධි තාක්‍ෂණික ද්‍රව්‍ය ක්ෂේත්‍රය තුළ, හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ක්ෂුද්‍ර කුඩු එහි අද්විතීය භෞතික හා රසායනික ගුණාංග සමඟ ද්‍රව්‍ය විද්‍යා ප්‍රජාව තුළ ක්‍රමයෙන් අවධානයට ලක්වෙමින් පවතී. කාබන් සහ සිලිකන් මූලද්‍රව්‍ය වලින් සමන්විත මෙම සංයෝගය එහි විශේෂ ස්ඵටික ව්‍යුහය සහ විශිෂ්ට ක්‍රියාකාරිත්වය හේතුවෙන් බොහෝ කාර්මික ක්ෂේත්‍රවල පුළුල් යෙදුම් අපේක්ෂාවන් පෙන්නුම් කර ඇත. මෙම ලිපියෙන් හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ක්ෂුද්‍ර කුඩු වල අද්විතීය ගුණාංග සහ විවිධ ක්ෂේත්‍රවල එහි යෙදුම් විභවය ගැඹුරින් ගවේෂණය කරනු ඇත.
1. හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ක්ෂුද්‍ර කුඩු වල මූලික ලක්ෂණ
හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් (SiC) යනු කෘතිම සුපිරි දෘඩ ද්‍රව්‍යයක් වන අතර එය සහසංයුජ බන්ධන සංයෝගයකට අයත් වේ. එහි ස්ඵටික ව්‍යුහය දියමන්ති වැනි සැකැස්මක් සහිත ෂඩාස්‍රාකාර පද්ධතියක් ඉදිරිපත් කරයි. හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ක්ෂුද්‍ර කුඩු සාමාන්‍යයෙන් අංශු ප්‍රමාණයේ පරාසයක් සහිත මයික්‍රෝන 0.1-100 ක් සහිත කුඩු නිෂ්පාදන සඳහා යොමු වන අතර, එහි වර්ණය විවිධ සංශුද්ධතාවය සහ අපිරිසිදු අන්තර්ගතය නිසා ලා කොළ සිට තද කොළ දක්වා විවිධ ස්වර ඉදිරිපත් කරයි.
අන්වීක්ෂීය ව්‍යුහයෙන්, හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ස්ඵටිකයේ ඇති සෑම සිලිකන් පරමාණුවක්ම කාබන් පරමාණු හතරක් සමඟ ටෙට්‍රාහෙඩ්‍රල් සම්බන්ධීකරණයක් සාදයි. මෙම ශක්තිමත් සහසංයුජ බන්ධන ව්‍යුහය ද්‍රව්‍යයට අතිශයින් ඉහළ දෘඪතාවක් සහ රසායනික ස්ථායිතාවයක් ලබා දෙයි. හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් වල Mohs දෘඪතාව 9.2-9.3 දක්වා ළඟා වන බව සඳහන් කිරීම වටී, එය දියමන්ති සහ ඝන බෝරෝන් නයිට්‍රයිඩ් වලට පමණක් දෙවැනි වන අතර එමඟින් උල්ෙල්ඛ ක්ෂේත්‍රයේ එය ප්‍රතිස්ථාපනය කළ නොහැකි වේ.
2. හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ක්ෂුද්‍ර කුඩු වල අද්විතීය ගුණාංග
1. විශිෂ්ට යාන්ත්‍රික ගුණාංග
හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ක්ෂුද්‍ර කුඩු වල වඩාත්ම කැපී පෙනෙන ලක්ෂණය වන්නේ එහි අතිශය ඉහළ දෘඪතාවයි. එහි විකර්ස් දෘඪතාව 2800-3300kg/mm² දක්වා ළඟා විය හැකි අතර, එමඟින් දෘඩ ද්‍රව්‍ය සැකසීමේදී එය හොඳින් ක්‍රියා කරයි. ඒ සමඟම, හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් හොඳ සම්පීඩ්‍යතා ශක්තියක් ද ඇති අතර ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී ඉහළ යාන්ත්‍රික ශක්තියක් පවත්වා ගත හැකිය. මෙම විශේෂාංගය ආන්තික පරිසරවල එය භාවිතා කිරීමට හැකි වේ.
2. විශිෂ්ට තාප ගුණාංග
හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් වල තාප සන්නායකතාවය 120-200W/(m·K) තරම් ඉහළ අගයක් ගන්නා අතර එය සාමාන්‍ය වානේ වලට වඩා 3-5 ගුණයකි. මෙම විශිෂ්ට තාප සන්නායකතාවය එය කදිම තාප විසර්ජන ද්‍රව්‍යයක් බවට පත් කරයි. ඊටත් වඩා විශ්මයජනක දෙය නම් හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් වල තාප ප්‍රසාරණ සංගුණකය 4.0×10⁻⁶/℃ පමණක් වීමයි, එයින් අදහස් වන්නේ උෂ්ණත්වය වෙනස් වන විට එයට විශිෂ්ට මාන ස්ථායිතාවයක් ඇති බවත්, තාප ප්‍රසාරණය සහ හැකිලීම හේතුවෙන් පැහැදිලි විරූපණයක් ඇති නොකරන බවත්ය.
3. කැපී පෙනෙන රසායනික ස්ථායිතාව
රසායනික ගුණාංග අනුව, හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් අතිශයින් ප්‍රබල නිෂ්ක්‍රීයතාවයක් පෙන්නුම් කරයි. එය බොහෝ අම්ල, ක්ෂාර සහ ලුණු ද්‍රාවණවල විඛාදනයට ප්‍රතිරෝධය දැක්විය හැකි අතර ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී පවා ස්ථායීව පැවතිය හැකිය. හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් 1000℃ ට අඩු ඔක්සිකාරක පරිසරයක තවමත් හොඳ ස්ථායිතාවයක් පවත්වා ගත හැකි බව අත්හදා බැලීම්වලින් පෙනී යන අතර එමඟින් විඛාදන පරිසරවල දිගුකාලීන භාවිතය සඳහා විභවයක් ඇත.
4. විශේෂ විද්‍යුත් ගුණාංග
හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් යනු 3.0eV ක කලාප පරතරයක් සහිත පුළුල් කලාප පරතරයක් සහිත අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍යයක් වන අතර එය සිලිකන් වල 1.1eV ට වඩා බෙහෙවින් විශාලය. මෙම ලක්ෂණය මඟින් එයට ඉහළ වෝල්ටීයතාවයන් සහ උෂ්ණත්වයන්ට ඔරොත්තු දීමට හැකි වන අතර බල ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංග ක්ෂේත්‍රයේ අද්විතීය වාසි ඇත. ඊට අමතරව, හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ඉහළ ඉලෙක්ට්‍රෝන සංචලනයක් ද ඇති අතර එමඟින් ඉහළ සංඛ්‍යාත උපාංග සංවර්ධනය කිරීමට හැකි වේ.
3. හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ක්ෂුද්‍ර කුඩු සකස් කිරීමේ ක්‍රියාවලිය
හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ක්ෂුද්‍ර කුඩු සකස් කිරීමේදී ප්‍රධාන වශයෙන් ඇචසන් ක්‍රියාවලිය භාවිතා කරයි. මෙම ක්‍රමය ක්වාර්ට්ස් වැලි සහ පෙට්‍රෝලියම් කෝක් නිශ්චිත අනුපාතයකින් මිශ්‍ර කර ප්‍රතික්‍රියාව සඳහා ප්‍රතිරෝධක උදුනක 2000-2500℃ දක්වා රත් කරයි. ප්‍රතික්‍රියාව මගින් ජනනය වන බ්ලොක් කොළ සිලිකන් කාබයිඩ් තලා දැමීම, ශ්‍රේණිගත කිරීම සහ අච්චාරු දැමීම වැනි ක්‍රියාවලීන්ට භාජනය වී අවසානයේ විවිධ අංශු ප්‍රමාණයේ ක්ෂුද්‍ර කුඩු නිෂ්පාදන ලබා ගනී.
මෑත වසරවලදී, තාක්ෂණයේ දියුණුවත් සමඟ, නව සකස් කිරීමේ ක්‍රම කිහිපයක් මතු වී තිබේ. රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම (CVD) මගින් ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් නැනෝ පරිමාණ හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩු සකස් කළ හැකිය; සොල්-ජෙල් ක්‍රමයට කුඩු වල අංශු ප්‍රමාණය සහ රූප විද්‍යාව නිවැරදිව පාලනය කළ හැකිය; ප්ලාස්මා ක්‍රමයට අඛණ්ඩ නිෂ්පාදනයක් ලබා ගත හැකි අතර නිෂ්පාදන කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කළ හැකිය. මෙම නව ක්‍රියාවලීන් හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ක්ෂුද්‍ර කුඩු වල කාර්ය සාධන ප්‍රශස්තිකරණය සහ යෙදුම් ප්‍රසාරණය සඳහා වැඩි හැකියාවන් සපයයි.
4. හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ක්ෂුද්‍ර කුඩු වල ප්‍රධාන යෙදුම් ක්ෂේත්‍ර
1. නිරවද්‍ය ඇඹරීම සහ ඔප දැමීම
සුපිරි දෘඩ උල්ෙල්ඛයක් ලෙස, හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් ක්ෂුද්‍ර කුඩු සිමෙන්ති කාබයිඩ්, පිඟන් මැටි, වීදුරු සහ අනෙකුත් ද්‍රව්‍යවල නිරවද්‍ය සැකසුම් සඳහා බහුලව භාවිතා වේ. අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තයේ දී, සිලිකන් වේෆර් ඔප දැමීම සඳහා ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩු භාවිතා කරන අතර, එහි කැපුම් කාර්ය සාධනය සාම්ප්‍රදායික ඇලුමිනා උල්ෙල්ඛවලට වඩා හොඳය. දෘශ්‍ය සංරචක සැකසුම් ක්ෂේත්‍රයේ දී, හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩු නැනෝ පරිමාණ මතුපිට රළුබව ලබා ගත හැකි අතර ඉහළ නිරවද්‍යතාවයකින් යුත් දෘශ්‍ය සංරචකවල සැකසුම් අවශ්‍යතා සපුරාලිය හැකිය.
2. උසස් සෙරමික් ද්‍රව්‍ය
හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩු යනු ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත සෙරමික් සකස් කිරීම සඳහා වැදගත් අමුද්‍රව්‍යයකි. විශිෂ්ට යාන්ත්‍රික ගුණ සහ තාප ස්ථායීතාවයක් ඇති ව්‍යුහාත්මක සෙරමික් උණුසුම් පීඩන සින්ටර් කිරීම හෝ ප්‍රතික්‍රියා සින්ටර් කිරීමේ ක්‍රියාවලීන් හරහා සෑදිය හැකිය. මෙම වර්ගයේ සෙරමික් ද්‍රව්‍ය යාන්ත්‍රික මුද්‍රා, ෙබයාරිං සහ තුණ්ඩ වැනි ප්‍රධාන සංරචකවල බහුලව භාවිතා වේ, විශේෂයෙන් ඉහළ උෂ්ණත්වය සහ විඛාදනය වැනි කටුක සේවා තත්වයන් තුළ.
3. ඉලෙක්ට්‍රොනික හා අර්ධ සන්නායක උපාංග
ඉලෙක්ට්‍රොනික ක්ෂේත්‍රයේ, හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩු පුළුල් කලාප පරතරය අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍ය සකස් කිරීම සඳහා යොදා ගනී. හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් මත පදනම් වූ බල උපාංගවලට ඉහළ සංඛ්‍යාත, අධි වෝල්ටීයතා සහ ඉහළ උෂ්ණත්ව ක්‍රියාකාරී ලක්ෂණ ඇති අතර නව බලශක්ති වාහන, ස්මාර්ට් ජාල සහ අනෙකුත් ක්ෂේත්‍රවල විශාල විභවයක් පෙන්නුම් කරයි. සාම්ප්‍රදායික සිලිකන් පාදක උපාංග හා සසඳන විට හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් බල උපාංගවලට බලශක්ති අලාභය 50% කට වඩා අඩු කළ හැකි බව අධ්‍යයනවලින් පෙන්වා දී ඇත.
4. සංයුක්ත ශක්තිමත් කිරීම
ලෝහ හෝ පොලිමර් අනුකෘතියකට ශක්තිමත් කිරීමේ අදියරක් ලෙස හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩු එකතු කිරීමෙන් සංයුක්ත ද්‍රව්‍යයේ ශක්තිය, දෘඪතාව සහ ඇඳුම් ප්‍රතිරෝධය සැලකිය යුතු ලෙස වැඩිදියුණු කළ හැකිය. අභ්‍යවකාශ ක්ෂේත්‍රය තුළ, ඇලුමිනියම් මත පදනම් වූ සිලිකන් කාබයිඩ් සංයුක්ත සැහැල්ලු සහ ඉහළ ශක්තියකින් යුත් ව්‍යුහාත්මක කොටස් නිෂ්පාදනය කිරීමට භාවිතා කරයි; මෝටර් රථ කර්මාන්තයේ දී, සිලිකන් කාබයිඩ් ශක්තිමත් කරන ලද තිරිංග පෑඩ් විශිෂ්ට ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්‍රතිරෝධයක් පෙන්වයි.
5. පරාවර්තක ද්‍රව්‍ය සහ ආලේපන
හරිත සිලිකන් කාබයිඩ් වල ඉහළ-උෂ්ණත්ව ස්ථායිතාව උපයෝගී කරගනිමින්, ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත පරාවර්තක ද්‍රව්‍ය සකස් කළ හැකිය. වානේ උණු කිරීමේ කර්මාන්තයේ දී, සිලිකන් කාබයිඩ් පරාවර්තක ගඩොල් පිපිරුම් උදුන් සහ පරිවර්තක වැනි ඉහළ-උෂ්ණත්ව උපකරණවල බහුලව භාවිතා වේ. ඊට අමතරව, සිලිකන් කාබයිඩ් ආලේපන මගින් මූලික ද්‍රව්‍ය සඳහා විශිෂ්ට ඇඳුම් සහ විඛාදන ආරක්ෂාවක් සැපයිය හැකි අතර, රසායනික උපකරණ, ටර්බයින් තල සහ අනෙකුත් ක්ෂේත්‍රවල භාවිතා වේ.