fr.chemi3t
09-19-2012, 12:31 PM
فضا مي‌تواند به‌دليل وجود موادي نظير ريز شهاب سنگ ها، ذرات خورشيدي، عبور ماهواره‌ها با سرعت 20 کيلومتر بر ثانيه محيطي خطرناک براي سفينه‌هاي فضايي،شناساگرها و پنل‌هاي خورشيدي باشد.
مهندسين در حال توسعه روش‌هايي هستند که از سفينه‌هاي فضايي در برابر اين اجسامي که با سرعت زياد در فضا در حال چرخش و حرکت هستند، حفاظت نمايد هر چند که هيچ‌يک از اين روش‌ها تاکنون نتوانسته به‌طور کامل اين مقصود را برآورده کند.
متخصصان ناسا در مرکز فضايي Goddard در گرينبلت در حال بررسي روشي هستند که شايد بتواند به‌طور موثرتري اجزاي سفينه فضايي را از بمباران اجسام پرسرعت حفاظت کند.
وي‌وک ديويدي و همکارش ريموند آداموتيس پروفسور مهندسي شيمي از دانشگاه مريلند، از فناوري لايه نشاني اتمي براي ايجاد پوششي محکم و فوق‌العاده نازک از تيوب‌هاي ظريف نيتريد بور استفاده کردند. لايه نشاني اتمي که به اختصار با نام ALD شناخته مي‌شود، براي پوشش‌دهي پلاستيک‌ها، نيمه‌هادي‌ها، شيشه، تفلون و مواد ديگر به‌کار گرفته مي‌شود.
کريستال‌هاي نيتريد بور يکي از مستحکم‌ترين مواد در دنيا هستند. به گفته ديويدي ايجاد پوششي از اين ماده بر روي بدنه سفينه‌هاي فضايي مي‌تواند اين مواد را در برابر برخورد ذرات خورشيدي پرانرژي و اجسام پرسرعت فضايي، حفاظت کند.
لايه نشاني اتمي
در روش ALD، که صنعت نيمه‌هادي از آن براي ساخت تراشه‌‌هاي رايانه‌اي بهره مي‌برد، بستر يا زيرلايه در محفظه راکتور قرار گرفته و سپس جرياني از گاز پيش ماده‌هاي مختلف به‌داخل راکتور تزريق مي‌شود. پوشش ايجاد شده بسيار نازک بوده و ضخامت آن از يک اتم تجاوز نمي‌کند.
ALD با ساير روش‌هاي لايه نشاني متفاوت است. اين روش شامل دو نيم واکنش است که به‌طور پي در پي اتفاق مي‌افتد و براي ايجاد هر لايه جديد اين دو نيم واکنش تکرار مي‌شود. محققان در پي کنترل ضخامت و ترکيب لايه نشانده شده حتي در عمق حفرات و کانال‌ها هستند که قابليت ايجاد پوشش سه بعدي بر روي بستر را براي اين روش فراهم مي‌آورد. اين ويژگي همراه با اين مزيت که تشکيل اين فيلم با اين روش در دماي کم صورت مي‌گيرد، منجر مي‌شود که ALD در اپتيک، الکترونيک، انرژي، نساجي و زيست‌پزشکي جايگزين ديگر روش‌هاي لايه نشاني شود.
بنا به گفته ديويدي اگر لايه‌اي از آلومينا به کمک ALD بر روي شيشه ايجاد شود، استحکام شيشه تا %80 افزايش مي‌يابد. فيلم حاصله به شکل يک آستر نانويي عمل کرده و عيوب ساختاري شيشه (مانند ترک‌هايي که در اثر برخورد منجر به شکستگي مي‌شوند) را مي‌پوشانند. پتانسيل کاربرد ALD در نسل جديدي از کابين‌هاي فضانوردي وجود دارد. بنا به گفته ديويدي مي توان با استفاده از ALD پنجره‌هايي با شيشه نازک‌ترو مقاومت بيشتر داشت. اين فناوري که برا ي حفاظت سفينه‌هاي فضايي به‌کار گرفته مي‌شود و احتمال مي‌رود که در مقايسه با روش‌هاي لايه نشاني معمول، موثرتر باشد.
سخت‌ترين مواد در جهان
ايجاد پوشش بور با روش ALD با استفاده از پيش ماده‌هاي گازي مختلف، مشکل است. امروزه صنعتگران به کمک واکنش پودر بور با نيتروژن و مقدار کمي آمونيا در محفظه‌اي که تا دماي 2552 درجه فارنهايت حرارت داده مي‌شود، لايه اتمي از بور را ايجاد مي‌کنند. اين در حالي است که با به‌کارگيري روش ALD فيلم فوق نازک نيتريد بور مي‌تواند در دمايي کمتر از 752 درجه فارنهايت تشکيل شود.
بنا به گفته ديويدي تيم آنها مشکلات را مورد مطالعه قرار داده و علت وقوع آنها را بررسي کرده است و تا سال آينده موفق به نشاندن لايه نيتريد بور بر روي بستر سيليکون خواهد شد. پوشش ايجاد شده در Goddard و مرکز تحقيقات Langley در هامپتون، ناسا مورد آزمايش قرار گرفته و در صورتي که تأثير آن به‌عنوان يک لايه حفاظتي تاييد شود، طراحان مي‌توانند يک روزه از اين فناوري براي پوشش‌دهي آينه‌ها، بدنه سفينه و ساير اجزا استفاده کنند. اين فناوري به‌زودي تا سال آينده مورد بهره‌برداري قرار خواهد گرفت.
علاوه‌بر ايجاد يک پوشش محافظ، ديويدي و تيمش با استفاده از حمايت مالي Goddard's Internal Research و Development program و NASA's Center Innovation Fund قابليت اين روش براي پوشش‌دهي آينه‌هاي تلسکوپ اشعه ايکس را مورد بررسي قرار دادند. اين آينه‌ها براي جذب فوتون‌هاي پرانرژي اشعه ايکس بايد منحني شکل باشند.
اين فناوري قادر به پوشش‌دهي هر سطحي است که اين عمل را کامل و نقطه به نقطه انجام مي‌دهد. ديويدي مي‌گويد تنها چيزي که استفاده از اين روش محدود مي‌کند تخيل شماست.
براي اطلاعات بيشتر در اين زمينه به انتشارات Goddard's emerging technology, Cutting Edge مراجعه نماييد.
مهندسين در حال توسعه روش‌هايي هستند که از سفينه‌هاي فضايي در برابر اين اجسامي که با سرعت زياد در فضا در حال چرخش و حرکت هستند، حفاظت نمايد هر چند که هيچ‌يک از اين روش‌ها تاکنون نتوانسته به‌طور کامل اين مقصود را برآورده کند.
متخصصان ناسا در مرکز فضايي Goddard در گرينبلت در حال بررسي روشي هستند که شايد بتواند به‌طور موثرتري اجزاي سفينه فضايي را از بمباران اجسام پرسرعت حفاظت کند.
وي‌وک ديويدي و همکارش ريموند آداموتيس پروفسور مهندسي شيمي از دانشگاه مريلند، از فناوري لايه نشاني اتمي براي ايجاد پوششي محکم و فوق‌العاده نازک از تيوب‌هاي ظريف نيتريد بور استفاده کردند. لايه نشاني اتمي که به اختصار با نام ALD شناخته مي‌شود، براي پوشش‌دهي پلاستيک‌ها، نيمه‌هادي‌ها، شيشه، تفلون و مواد ديگر به‌کار گرفته مي‌شود.
کريستال‌هاي نيتريد بور يکي از مستحکم‌ترين مواد در دنيا هستند. به گفته ديويدي ايجاد پوششي از اين ماده بر روي بدنه سفينه‌هاي فضايي مي‌تواند اين مواد را در برابر برخورد ذرات خورشيدي پرانرژي و اجسام پرسرعت فضايي، حفاظت کند.
لايه نشاني اتمي
در روش ALD، که صنعت نيمه‌هادي از آن براي ساخت تراشه‌‌هاي رايانه‌اي بهره مي‌برد، بستر يا زيرلايه در محفظه راکتور قرار گرفته و سپس جرياني از گاز پيش ماده‌هاي مختلف به‌داخل راکتور تزريق مي‌شود. پوشش ايجاد شده بسيار نازک بوده و ضخامت آن از يک اتم تجاوز نمي‌کند.
ALD با ساير روش‌هاي لايه نشاني متفاوت است. اين روش شامل دو نيم واکنش است که به‌طور پي در پي اتفاق مي‌افتد و براي ايجاد هر لايه جديد اين دو نيم واکنش تکرار مي‌شود. محققان در پي کنترل ضخامت و ترکيب لايه نشانده شده حتي در عمق حفرات و کانال‌ها هستند که قابليت ايجاد پوشش سه بعدي بر روي بستر را براي اين روش فراهم مي‌آورد. اين ويژگي همراه با اين مزيت که تشکيل اين فيلم با اين روش در دماي کم صورت مي‌گيرد، منجر مي‌شود که ALD در اپتيک، الکترونيک، انرژي، نساجي و زيست‌پزشکي جايگزين ديگر روش‌هاي لايه نشاني شود.
بنا به گفته ديويدي اگر لايه‌اي از آلومينا به کمک ALD بر روي شيشه ايجاد شود، استحکام شيشه تا %80 افزايش مي‌يابد. فيلم حاصله به شکل يک آستر نانويي عمل کرده و عيوب ساختاري شيشه (مانند ترک‌هايي که در اثر برخورد منجر به شکستگي مي‌شوند) را مي‌پوشانند. پتانسيل کاربرد ALD در نسل جديدي از کابين‌هاي فضانوردي وجود دارد. بنا به گفته ديويدي مي توان با استفاده از ALD پنجره‌هايي با شيشه نازک‌ترو مقاومت بيشتر داشت. اين فناوري که برا ي حفاظت سفينه‌هاي فضايي به‌کار گرفته مي‌شود و احتمال مي‌رود که در مقايسه با روش‌هاي لايه نشاني معمول، موثرتر باشد.
سخت‌ترين مواد در جهان
ايجاد پوشش بور با روش ALD با استفاده از پيش ماده‌هاي گازي مختلف، مشکل است. امروزه صنعتگران به کمک واکنش پودر بور با نيتروژن و مقدار کمي آمونيا در محفظه‌اي که تا دماي 2552 درجه فارنهايت حرارت داده مي‌شود، لايه اتمي از بور را ايجاد مي‌کنند. اين در حالي است که با به‌کارگيري روش ALD فيلم فوق نازک نيتريد بور مي‌تواند در دمايي کمتر از 752 درجه فارنهايت تشکيل شود.
بنا به گفته ديويدي تيم آنها مشکلات را مورد مطالعه قرار داده و علت وقوع آنها را بررسي کرده است و تا سال آينده موفق به نشاندن لايه نيتريد بور بر روي بستر سيليکون خواهد شد. پوشش ايجاد شده در Goddard و مرکز تحقيقات Langley در هامپتون، ناسا مورد آزمايش قرار گرفته و در صورتي که تأثير آن به‌عنوان يک لايه حفاظتي تاييد شود، طراحان مي‌توانند يک روزه از اين فناوري براي پوشش‌دهي آينه‌ها، بدنه سفينه و ساير اجزا استفاده کنند. اين فناوري به‌زودي تا سال آينده مورد بهره‌برداري قرار خواهد گرفت.
علاوه‌بر ايجاد يک پوشش محافظ، ديويدي و تيمش با استفاده از حمايت مالي Goddard's Internal Research و Development program و NASA's Center Innovation Fund قابليت اين روش براي پوشش‌دهي آينه‌هاي تلسکوپ اشعه ايکس را مورد بررسي قرار دادند. اين آينه‌ها براي جذب فوتون‌هاي پرانرژي اشعه ايکس بايد منحني شکل باشند.
اين فناوري قادر به پوشش‌دهي هر سطحي است که اين عمل را کامل و نقطه به نقطه انجام مي‌دهد. ديويدي مي‌گويد تنها چيزي که استفاده از اين روش محدود مي‌کند تخيل شماست.
براي اطلاعات بيشتر در اين زمينه به انتشارات Goddard's emerging technology, Cutting Edge مراجعه نماييد.