عجيبة في مجال المواد الوظيفية
كـالماستطبيقه يتطلب مجموعة واسعة من التقنيات، وهو صعب للغاية. يتطلب بحوثًا تعاونية في مجالات مختلفة لتحقيقه في فترة زمنية قصيرة نسبيًا. في المستقبل، من الضروري التطوير المستمر وتحسين تقنية نمو الماس بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار، واستكشاف تطبيقاتها.الماس الترسيب الكيميائي للبخارتُستخدم الأفلام في الصوتيات والبصريات والكهرباء. وستُصبح مادةً جديدةً لتطوير التكنولوجيا المتقدمة في القرن الحادي والعشرين. يُمكن استخدام تقنية الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) في كلٍّ من المواد الهندسية والمواد الوظيفية. ما يلي مجرد مقدمة لتطبيقاتها الوظيفية.
ما هي المادة الوظيفية؟ تشير المواد الوظيفية إلى مجموعة متنوعة من المواد ذات الوظائف الفيزيائية والكيميائية، مثل الضوء والكهرباء والمغناطيسية والصوت والحرارة، المستخدمة في الصناعة والتكنولوجيا، بما في ذلك المواد الوظيفية الكهربائية، والمواد الوظيفية المغناطيسية، والمواد الوظيفية البصرية، والمواد فائقة التوصيل، والمواد الطبية الحيوية، والأغشية الوظيفية، وغيرها.
ما هو الغشاء الوظيفي؟ ما هي خصائصه؟ الغشاء الوظيفي هو مادة رقيقة ذات خصائص فيزيائية كالضوء، والمغناطيسية، والترشيح الكهربائي، والامتصاص، وخصائص كيميائية كالتحفيز والتفاعل.
خصائص مواد الأغشية الرقيقة: تُعدّ مواد الأغشية الرقيقة موادًا ثنائية الأبعاد نموذجية، أي أنها كبيرة على مقياسين وصغيرة على مقياس ثالث. بالمقارنة مع المواد السائبة ثلاثية الأبعاد الشائعة الاستخدام، تتميز هذه المواد بالعديد من الخصائص في الأداء والبنية. وأهم ما يميزها هو إمكانية تحقيق بعض خصائص الأغشية الوظيفية من خلال طرق تحضير خاصة للأغشية الرقيقة أثناء التحضير. ولذلك، أصبحت مواد الأغشية الرقيقة الوظيفية موضوعًا رئيسيًا للبحث والدراسة.
كـمادة ثنائية الأبعادأهم ميزة لمواد الأغشية الرقيقة هي ما يُسمى بميزة الحجم، والتي تُستخدم لتصغير ودمج مكونات مختلفة. تعتمد العديد من استخدامات مواد الأغشية الرقيقة على هذه الميزة، وأكثرها شيوعًا هو استخدامها في الدوائر المتكاملة وزيادة كثافة تخزين مكونات تخزين الحاسوب.
نظرًا لصغر حجمها، فإن النسبة المئوية للسطح والواجهة في مادة الغشاء الرقيق كبيرة نسبيًا، والخصائص التي يُظهرها السطح بارزة للغاية. هناك سلسلة من التأثيرات الفيزيائية المرتبطة بالواجهة السطحية:
(1) النقل الانتقائي والانعكاس الناجم عن تأثير تداخل الضوء؛
(2) التشتت غير المرن الناتج عن تصادم الإلكترونات مع السطح يسبب تغيرات في الموصلية، ومعامل هول، وتأثير المجال المغناطيسي الحالي، وما إلى ذلك؛
(3) لأن سمك الفيلم أصغر بكثير من متوسط المسار الحر للإلكترونات وهو قريب من طول موجة دروبي للإلكترونات، فإن الإلكترونات التي تتحرك ذهابًا وإيابًا بين سطحي الفيلم سوف تتداخل، والطاقة المتعلقة بالحركة الرأسية للسطح سوف تأخذ قيمًا منفصلة، مما يؤثر على نقل الإلكترون؛
(4) على السطح، يتم مقاطعة الذرات بشكل دوري، ومستوى الطاقة السطحية وعدد الحالات السطحية الناتجة هي من نفس ترتيب الحجم مثل عدد الذرات السطحية، مما سيكون له تأثير كبير على المواد ذات الناقلات القليلة مثل أشباه الموصلات؛
(5) يتناقص عدد الذرات المجاورة للذرات المغناطيسية السطحية، مما يؤدي إلى زيادة العزم المغناطيسي للذرات السطحية؛
(6) تباين المواد الرقيقة وما إلى ذلك.
بما أن أداء مواد الأغشية الرقيقة يتأثر بعملية التحضير، فإن معظمها يكون في حالة عدم توازن أثناء عملية التحضير. لذلك، يمكن تغيير تركيب وبنية مواد الأغشية الرقيقة على نطاق واسع دون التقيد بحالة التوازن. وبالتالي، يمكن تحضير العديد من المواد التي يصعب الحصول عليها باستخدام المواد السائبة، والحصول على خصائص جديدة. تُعد هذه ميزة مهمة لمواد الأغشية الرقيقة، وسببًا رئيسيًا لجذبها انتباه الناس. سواءً استُخدمت طرق كيميائية أو فيزيائية، يمكن الحصول على الأغشية الرقيقة المُصممة.