امتصاص فلوريد الهيدروجين لزيادة معدل تكوينه

قام عالمان من المختبر الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية بتطوير طريقة للتحكم بكميات غاز فلوريد الهيدروجين أثناء تحضير البلورات المطلوبة في تطبيقات الموصلات الفائقة والأجهزة البصرية والمكونات الإلكترونية الدقيقة

قام عالمان من المختبر الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية بتطوير طريقة للتحكم بكميات غاز فلوريد الهيدروجين أثناء تحضير البلورات المطلوبة المطلوبة في تطبيقات الموصلات الفائقة والأجهزة البصرية والمكونات الإلكترونية الدقيقة. ومن الممكن أن يمهد الاختراع الطريق لإنتاج أكثر كفاءة وتحسين أداء هذه المواد.

تتمتع المواد ذات البنية الذرية البلورية عالية الترتيب بإمكانية عالية جدًا لاستخدامها في الأجهزة الموفرة للطاقة مثل الموصلات الفائقة، وهي مواد قادرة على نقل التيار الكهربائي دون فقدان الطاقة، والمكونات الإلكترونية التي تنقل التيار بسرعة عالية. عادة، يتم تحضير هذه البلورات من المواد الأولية (السلائف) الممتزة على الأسطح - على سبيل المثال: الشرائط أو الأسلاك أو الرقائق، مثل تلك المستخدمة في إنتاج رقائق الكمبيوتر.

تؤدي إضافة الفلور إلى المواد الأولية إلى زيادة "تحريض" النظام من الركيزة إلى المادة "التي تنمو" عليها. ومع ذلك، فإن استخدام الفلور يمثل أيضًا مشكلة بسبب تراكم غاز فلوريد الهيدروجين (HF). إن وجود هذا الغاز يبطئ من معدل التفاعل الذي يحول المادة الأولية إلى المادة المرغوبة والنهائية، وأحياناً إلى حد منعها تماماً.

يقول الباحث الرئيسي: "كان من الممكن أن نظن أنه يتعين علينا ببساطة إزالة الغاز المتراكم، لكن هذه الأساليب أثبتت أنها غير عملية". السبب الأول للصعوبات هو أنك تحتاج إلى إزالة الغاز بشكل موحد لتجنب التغيرات في الضغط الداخلي للتفاعل التي يمكن أن تؤثر على نمو البلورات. بالإضافة إلى ذلك، تتم أيضًا إزالة الغازات الأخرى اللازمة لنمو البلورات، مثل الأكسجين وبخار الماء، جنبًا إلى جنب مع فلوريد الهيدروجين، وعودة هذه الغازات لاحقًا إلى التفاعل تخلق مشاكل ضغط إضافية.

ويوضح الباحث: "لقد طورنا طريقة محسنة لإزالة فلوريد الهيدروجين بناءً على امتصاصه، وهي طريقة تزيد من إنتاج المواد البلورية عالية المستوى".

وتتضمن الطريقة الجديدة مادة صلبة قادرة على امتصاص غاز فلوريد الهيدروجين ويتم إدخالها في وعاء التفاعل. يمكن أن ترتبط المادة الصلبة بالسطح الداخلي لوعاء التفاعل أو تكون حرة فيه، طالما أنها تتلاءم مع شكل المادة الأولية وتقع على مسافة ثابتة منه. بهذه الطريقة، يمكن إزالة الغاز بشكل موحد على مساحة كبيرة، مع الحصول على منتجات نهائية بلورية موحدة ومتجانسة، بغض النظر عن شكل المادة الأولية أو المساحة التي تشغلها داخل أوعية التفاعل.

يمكن استخدام مجموعة متنوعة من المواد كمواد ماصة لفلوريد الهيدروجين، بدءًا من أكاسيد الرماد القلوي وحتى المواد التي تحتوي على الكالسيوم أو الصوديوم أو حتى الكربون المنشط. يمكن رش المادة المازة أو طلاءها أو امتصاصها على ركائز مختلفة مثل الكوارتز أو الأكاسيد المختلفة التي تشكل جدران أوعية التفاعل. ويمكن أيضًا ضغطها في شكل مسحوق وإدخالها وفقًا للمواد الأولية للتفاعل.

يوضح كبير الباحثين: "بما أن هذه المواد تمتص بشكل انتقائي فقط غاز فلوريد الهيدروجين، فإن بخار الماء والأكسجين والغازات الأخرى المطلوبة للتفاعل لا تتضرر ولا يتضرر نشاطها الطبيعي".

وأثبت الباحثون فعالية نهجهم من خلال تحضير موصل فائق مشترك من نوع "الإيتريوم-الباريوم-أكسيد النحاس" (الإيتريوم-الباريوم-أكسيد النحاس، YBCO). في هذه التجارب، "نموت" البلورات بمعدل أسرع في وجود فلوريد الهيدروجين الممتز من نوع أكسيد الباريوم، مقارنة بطرق تحضير البلورات العادية.

تحافظ الطريقة أيضًا على تجانس بيئة النمو البلوري بحيث لا تتغير خصائص التوصيل الفائق على طول الطبقة. يعد هذا التفاعل الفريد بمثابة مثال واحد فقط، وتشير براءة الاختراع المطبقة على هذا الاختراع أيضًا إلى العديد من الاختلافات المحتملة والمواد المماثلة.

الأخبار من معهد البحوث