الأنواع الشائعة لتقنيات الترسيب الكيميائي

الوصف

الترسيب الكيميائي هو مجموعة من التقنيات التي تشكل أغشية أو طلاءات رقيقة على أسطح مختلفة. وتستخدم هذه الطرق في العديد من المجالات، من الإلكترونيات إلى صناعة السيارات. وبعبارات بسيطة، يساعد الترسيب الكيميائي على التحكم في سمك وتكوين الطلاء.

ترسيب الطبقة الذرية

الترسيب الذري الطبقي الذري هو تقنية تقوم ببناء الأغشية طبقة تلو الأخرى. ترسب كل دورة طبقة واحدة من الذرات على الركيزة. وتتفوق هذه الطريقة في طلاء الأسطح المعقدة. على سبيل المثال، يتطلب طلاء الأجزاء في أجهزة أشباه الموصلات طبقات رقيقة جداً وموحدة. ومن الناحية العملية، يمكن رؤية هذه العملية في صنع ترانزستورات عالية الأداء. تستخدم العملية تفاعلات ذاتية التحديد تتوقف بشكل طبيعي عند اكتمال طبقة واحدة. وهذا يعطي تحكمًا ممتازًا في سمك الطبقة. وتشمل الأمثلة المحددة طلاء البنى النانوية المستخدمة في أجهزة الاستشعار وأجهزة تخزين الطاقة. وتُظهر القياسات أنه يمكن التحكم في سمك الطبقة وتوحيدها في حدود أجزاء من النانومتر. تستخدم العديد من إعدادات التصنيع ترسيب الطبقة الذرية للحصول على أفلام عالية الجودة بدقة.

الترسيب بدون كهرباء

يستخدم الترسيب بدون كهرباء تفاعلات كيميائية في محلول لوضع طلاء معدني على سطح ما. ونظراً لعدم الحاجة إلى تيار كهربائي خارجي، تعمل هذه الطريقة على ركائز غير موصلة للكهرباء. وغالباً ما يستخدم الطلاء التقليدي في الإلكترونيات وقطع غيار السيارات تقنيات الطلاء بدون كهرباء. على سبيل المثال، قد يتم طلاء سطح معدني لتحسين مقاومة التآكل. في كثير من الحالات، يؤدي التفاعل الحفاز إلى حدوث الترسيب. وهذه العملية شائعة في إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة. وهي سهلة الإعداد ويمكن تحجيمها للأجزاء ذات الأشكال الهندسية المعقدة. بساطة العملية تجعلها خيارًا قويًا عند الحاجة إلى تغطية موحدة عبر مجموعة متنوعة من الركائز.

عملية سول-جل

تنطوي عملية Sol-Gel على تحويل محلول إلى هلام صلب، والذي يشكل بعد ذلك طبقة رقيقة. تشتهر هذه الطريقة ببساطتها ومرونتها. ويمكن الحصول على تركيبات معقدة في درجات حرارة منخفضة. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك تطوير الطلاءات البصرية على الزجاج. تتضمن العملية التحلل المائي وتكثيف ألكوكسيدات الفلزات. ثم يجف الهلام الناتج ويتحول إلى طلاء كثيف. وتتراوح التطبيقات من صنع أجهزة الاستشعار إلى إنتاج المواد الحفازة. وتسمح هذه الطريقة أيضًا بتضمين المنشطات التي يمكنها تعديل الخصائص البصرية أو الكهربائية للطلاء. وتشمل الحالات المحددة استخدام طريقة سول-جيل لإنشاء طلاءات تحسن مقاومة الخدش في الإلكترونيات الاستهلاكية.

ترسيب الحمام الكيميائي

الترسيب الكيميائي في الحمام الكيميائي هو تقنية بسيطة وفعالة في الوقت نفسه تعمل على زراعة أغشية على ركيزة مغمورة في محلول كيميائي. وتُستخدم هذه التقنية في تطبيقات أشباه الموصلات وإنتاج الخلايا الشمسية. وتشتهر هذه التقنية بانخفاض تكلفتها وانخفاض درجة حرارتها. في ترسيب الحمام الكيميائي، يشكل تفاعل الترسيب المتحكم فيه الطلاء على المادة. على سبيل المثال، يمكن إنشاء الطلاءات التي تحسن امتصاص الضوء في الخلايا الشمسية بهذه الطريقة. وتسمح العملية بالتحكم في سمك الطبقة على مساحات كبيرة. وتساعد التفاصيل المحددة، مثل تركيز المحلول ودرجة الحرارة، في التحكم في خصائص الفيلم. في بعض الحالات، من الممكن استخدام ترسيب الحمام الكيميائي لإنتاج أغشية بسماكة بضعة نانومترات فقط.

جدول تحليل مقارن للتقنيات

يوضح الجدول أعلاه مقارنات بسيطة. لاحظ سهولة التحكم في العملية لكل تقنية. يعتمد الاختيار على خصائص الفيلم المرغوبة والتطبيق الصناعي المحدد. لمزيد من المعلومات، يرجى زيارة موقع Stanford Advanced Materials (SAM).

الخاتمة

لكل طريقة من تقنيات الترسيب الكيميائي الشائعة نقاط قوتها. يعتبر ترسيب الطبقة الذرية مثاليًا عندما تكون الدقة هي المفتاح. يوفر الترسيب بدون كهرباء طريقة بسيطة لإنشاء طلاءات معدنية موحدة. عملية سول-جل متعددة الاستخدامات وتتيح تركيبات معقدة. الترسيب الكيميائي في الحمام الكيميائي هو خيار فعال من حيث التكلفة يستخدم في أغشية أشباه الموصلات. وقد لعبت هذه الطرق دورًا في مختلف البيئات الصناعية لعقود من الزمن.

الأسئلة المتداولة

س: فيمَ يُستخدم ترسيب الطبقة الذرية؟
س: يتم استخدامه لإنشاء أغشية رقيقة وموحدة للغاية على الأسطح المعقدة، وغالبًا ما يتم تطبيقه في تصنيع أشباه الموصلات.

و: كيف يعمل الترسيب بدون كهرباء؟
س: يستخدم تفاعل كيميائي في المحلول لإيداع طلاء معدني دون الحاجة إلى تيار خارجي.

و: ما الذي يجعل عملية الترسيب بدون هلام سول-جل فريدة من نوعها؟
س: تقوم بتحويل المحلول إلى مادة هلامية تشكل طلاءً، مما يسمح بتراكيب متعددة الاستخدامات ومعالجة في درجات حرارة منخفضة.

المرجع:

[1] علي أكبر فيروزي، وعلي أصغر فيروزي، وتوفيق سعيداني، تطوير المتانة في قطاع الطاقة: الطلاءات الجديدة المقاومة للحرارة العالية وتحدياتها، مجلة عين شمس الهندسية، المجلد 16، العدد 7، https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090447925001728