Evreni Görüntülemek İçin Mükemmel Ultra Siyah Kaplama Oluşturmak İçin Kullanılan Atomik Katman Birikimi (ALD)

Şanghay Bilim ve Teknoloji Üniversitesi ile Çin Bilimler Akademisi'nden araştırmacılar, yeni bir Atomik Katman Biriktirme (ALD) yöntemini başarıyla kullanarak düz olmayan bir yüzeye ultra siyah bir kaplama uyguladıktan sonra önemli bir dönüm noktasına ulaştı. Geliştirilen kaplama öncekilere göre daha dayanıklı ve etkilidir. Bu nedenle, bu gelişmenin optik, uzay araştırmaları, yenilenebilir enerji ve çok daha fazlası dahil olmak üzere birçok endüstri için önemli etkileri olabilir. İşte bilmeniz gerekenler.

Araştırmacılar bulgularını yayınladılar ve özellikle havacılık sınıfı magnezyum alaşımları için tasarlanmış dayanıklı, ultra siyah ince film kaplamayı nasıl oluşturduklarını ayrıntılı olarak açıkladılar. Bu alaşımlar, ağırlık ve dayanıklılığın önemli olduğu uzay araştırmalarında yaygın olarak kullanılır.

Kaynak – Photoneexpert – Atomik Katman Birikimi (ALD) Mucidi Dr. Tuomo Suntola

Yüksek teknolojili cihazlar ve optikler oluşturmak için kullanılan sürece aşina olmayanlar, yansıtıcı olmayan siyah malzeme bulmanın hayati önemini anlayamayabilirler. Özellikle dağınık ışık, bu cihazlarda bozulmalara neden olabilir ve kaliteyi önemli ölçüde azaltabilir. Sonuç olarak, en siyah, yansıtıcı olmayan malzemenin arayışında sürekli bir ilerleme olmuştur.

Bu kaplamalar, yeni malzeme kombinasyonlarının daha güçlü malzemeler oluşturabileceği havacılık ve uzay teknolojilerinin ilerlemesine yardımcı olacak. Bu hafif malzemeler birçok uyduda, uzay aracında ve elbisede bulunur. Ayrıca esneklikleri ve kanıtlanmış dayanıklılıkları nedeniyle havacılık sektöründe de yaygın olarak kullanılmaktadırlar.

En Siyah Siyahın İzinde

Hassas optikler artmaya devam ettikçe, daha fazla ışık emen malzemelere olan talep de artıyor. Yakın zamana kadar, kamera lensleri ve diğer kavisli veya garip şekilli cihazların içinde ışığı emen, yansıtıcı olmayan bir malzeme oluşturmak için ince siyah bir film kullanılıyordu. ALD kaplama daha kolay uygulanabilen ve ekstrem koşullara dayanıklı daha iyi bir çözüm sunar. İşlem, dokunulmamış hiçbir alan bırakmayan süper ince ve eşit katmanlar oluşturur.

Mevcut Kaplama Malzemeleri ve Yöntemleriyle İlgili Sorunlar

Mevcut ultra siyah kaplama tekniklerinin günümüzün ileri teknoloji optik ve elektronik cihazları için yetersiz kalmasının birçok nedeni vardır. Şu anda en popüler kaplama teknikleri, dikey olarak hizalanmış karbon nanotüpler veya siyah silikon dahil olmak üzere kırılgan malzemelerin kullanıldığı kaplamalara dayanmaktadır. Bu malzemeler hızla bozulmadan zorlu ortamlara dayanamaz. Ayrıca pahalıdırlar ve yaratılması zordur.

Ayrıca bu kaplamaların karmaşık yapılara uygulanması zordur. Düzensiz uygulama daha az dayanıklılık ve daha düşük performansla sonuçlandığından, daha fazla araştırmacı daha emici alternatifler yaratmaya yönelik çaba göstermektedir. Lensler ve diğer optik cihazlar daha karmaşık hale geldikçe, yansıtıcı olmayan ışık emici malzemeyi eşit şekilde uygulamanın daha iyi yollarını araştırmak ve oluşturmak kritik hale geliyor.

Atomik Katman Birikimi'ne (ALD) girin

Atomik Katman Biriktirme (ALD), üreticilerin ve araştırmacıların kaplamalarla ilgili karşılaştığı ana sorunların çoğunun çözülmesine yardımcı olur. İşlem, gazın pompalandığı ve yüzeyde ince bir tabaka bıraktığı vakumla kapatılmış odalara dayanır. Bu yönteme film büyütme adı verilir ve üreticilere katmanlar kullanarak karmaşık malzemeler üretmenin kolay bir yolunu sunar.

ALD yöntemi, ışığın %99.3'ünün bu ultra siyah malzeme tarafından emildiğini gösteren bir testle etkileyici sonuçlar verdi. Bu iyileştirmeler, daha düzgün film kaplamasından ve yeni ışık emici malzemelerin kullanılmasından kaynaklanmaktadır. Özellikle araştırmacılar, dayanıklılığı artırmak için iki katman kullanan yeni bir yöntem sunuyor.

Taban katmanı Titanyum-alüminyum-karbon kompozitini (TiAlC) kullanır. Bu bileşim ultra hafif emici niteliklere sahiptir ve uzay dahil zorlu ortamlardaki yoğun kullanıma dayanabilir. İkinci katman, yansımaları önlemek için ideal olan bir dielektrik malzeme olan silikon nitrür (SiO2) kullanır. Bu katmanlar birlikte, belirli bir dalga boyu aralığında ışığın %99.3'ünü emebilir.

ALD'nin Tarihi

İnce kaplamalar uygulamak için ALD'yi kullanma fikri yaklaşık 60 yıldır var. İlginçtir ki, iki mucit bu teknolojinin keşfini iddia etti. Bu bağımsız çabalar süreci farklı şekilde yürüttü ancak aynı sonuçları elde etti: atomik ince bir kaplama tabakası.

1960'larda Sovyet araştırmacılar bu görevi moleküler katmanlama adı verilen bir işlemi kullanarak başardılar. İkinci Dünya Savaşı'nın sona ermesinin ardından siyasi ortam gergin olduğundan, keşif Batı'da hemen fark edilmedi. Ancak birçok araştırmacı, bu teknolojinin yeni nesil cihazlarda çok önemli olacağını erkenden fark etti.

On yıl sonra, Dr. Tuomo Suntola liderliğindeki Finlandiyalı bir araştırma ekibi, cihazlara ince, eşit ışık emici malzeme katmanları sağlamak için atomik katman epitaksi adı verilen yeni bir yöntemi başarıyla kullandı. Bu yöntem üreticiler arasında anında ilgi gördü ve Finlandiya'nın onlarca yıldır ALD gelişimi için bir merkez haline gelmesine yol açtı.

Buradan itibaren ALD bilimi, fotovoltaik, kataliz, yarı iletken üretimi ve ötesinde meydana gelen atılımlarla genişlemeye devam etti. Bugün bu teknolojinin kuşattığı bir dünyada yaşıyorsunuz. Akıllı telefonunuzdan evinize güç sağlayan güneş panellerinize kadar ALD süreçleri milyarlarca kişinin hayatını iyileştirdi.

Etkileyici bir şekilde, en son süreçler, karmaşık, 3 boyutlu nesneler üzerine atomik hassasiyetle tekdüze ve uyumlu filmler biriktirebilecek noktaya kadar gelişmiştir. ALD, bir atom kalınlığına kadar inebilen ultra ince bir kaplama sunar. Kaplamanın 2D olarak düşünülebilecek kadar ince olması dikkat çekicidir.

ALD'nin Kullanım Alanları

Bugün, ALD üretim süreçleri pazarın çok önemli bir bileşenidir. Bu ince katmanlar, eşyaları istenmeyen enerji kaynaklarından korumanın güçlü ve etkili bir yolunu sağlar. ALD'nin gelecekte yaşamınızı iyileştirebileceği en heyecan verici yollardan bazıları şunlardır.

Güneş Hücreleri

Araştırmacılar, yeni malzeme ve yapıları denemek için ALD teknolojisinin kullanılması sayesinde fotovoltaik alanında önemli ilerlemeler kaydetti. Günümüzün güneş panelleri verimsizdir ve en iyi seçenek yalnızca ortalama +%30 enerji dönüşümü sağlar. Bu enerjinin büyük bir kısmı ısı nedeniyle kaybolur ve hücrelerin yüzeyinden atmosfere yansır.

ALD güneş panelleri daha fazla ışık yakalayabilir ve sızıntıları önleyebilir. Ek olarak, uzay araştırma cihazlarını yıllarca çalıştırmaları gereken diğer gezegenlerde bulunanlar da dahil olmak üzere en zorlu ortamlara dayanacak şekilde yapılabilirler. Bu nedenle pek çok kişi, ALD güneş pillerinin bir sonraki ay gezicisine ve diğer uzay girişimlerine güç verecek güç olacağına inanıyor.

Lityum piller

Lityum iyon pil (LIB) teknolojisi, yüksek enerji yoğunluğu ve düşük kendi kendine deşarj olan piller sağlar. Bu piller, elektrolit ile anot arasında meydana gelen kimyasal reaksiyonlara dayanır. Ne yazık ki, mevcut katı elektrolit arayüzleri (SEI), iyonların bir yüzdesini kalıcı olarak tüketerek onları israf haline getiriyor.

Elektron katmanlarını kaplamak için ALD'nin kullanılması, performans kayıplarını önlemeye ve zaman içinde bozulmayı azaltmaya yardımcı olabilir. ALD işlemleri bu görevleri yerine getirebilir çünkü hem incedirler hem de yüzeyde atomik düzeyde delik olmadan eşit şekilde uygulanabilirler. Bu kaplama atomik düzeyde istenmeyen çapraz kirlenmeyi önler.

Mikroçipler

Mikroçip teknolojisi, daha gelişmiş elektronikleri daha küçük ve daha güvenilir hale getirerek dünyada devrim yaratmaya devam ediyor. Mevcut mikroçip selefinden ışık yılı kadar ileride ancak hâlâ birçok açıdan eksik. Birincisi, çok enerji yoğundur, bu da tüm akıllı cihazlarınızın çok fazla enerji kullanımına eşit olduğu anlamına gelir.

Enerji sürdürülebilirliğinin öneminin bilincinde olan ABD Enerji Bakanlığı (DOE), yeni nesil ALD çip araştırmalarını finanse etmesi için DOE'nin Argonne Ulusal Laboratuvarı'na 4 milyon dolar ödül verdi. Projenin amacı mikroçip enerji ihtiyacını 50 kata kadar azaltabilecek yeni malzemeler bulmak. Başarılı olursa, tüm pazar bundan faydalanabilir.

Yaklaşımın bir kısmı “von Neumann darboğazıBu, verileri mantık ve bellek yongaları arasında hareket ettiren bilgisayarların kullandığı devasa miktardaki enerjiyi ifade eden bir terimdir. Argonne, çok geç olmadan aşırı enerji tüketimiyle mücadeleye yardımcı olmak amacıyla düşük enerjili alternatifler yaratmak için ALD'yi kullanacak.

uzay

Uzay araştırmaları, ALD'nin son on yılda önemli bir rol oynadığı sektörlerden biridir. Uzay araştırmaları, Dünya'daki hiçbir şeye benzemeyen olumsuz ortamlarla başa çıkabilen cihazlar gerektirir. Bir uydunun bir tarafı +500Fh sıcaklığa dayanmak zorunda kalırken cihazın diğer tarafı sıfırın altındaki sıcaklıklarda donuyor olabilir.

Bu aşırı sıcaklıklar ve koşullar, optik cihazlara ve elektronik cihazlara zarar verebilir. ALD bu sorunlara en iyi çözümü sunar. Ek olarak araştırmacılar ışık emme yeteneklerini genişletmeye devam ediyor. Günümüzün uzay optiği, hafif, steril bir ortam sağlamak için ultraviyole ve kızılötesi ışığı da emebilen malzemeye dayanmaktadır.

ALD Pazar Liderleri

ALD pazarı, elektronik üreticilerinin ve araştırmacıların artan talebini karşılamak için genişlemeye devam ediyor. Bu ALD sağlayıcıları güçlü stratejik ortaklıklar kurmuş ve güvenilir hizmetler sağladıklarını kanıtlamışlardır. İşte bugün inovasyona yön veren en iyi ALD sağlayıcılarından sadece birkaçı.

1. Argonne

Adlai Nortye Ltd. Amerikan Mevduat Hisseleri (ANL + 0%)

Argonne, gelişmiş kaplama seçenekleri oluşturmak için yüksek teknoloji üreticileri, hükümetler ve diğer araştırmacılarla birlikte çalışan popüler bir araştırma merkezidir. Firma, 1940'larda Manhattan Projesi'nin bir yan kuruluşu olarak kuruldu. O zamanlar atom enerjisi gelecek olarak görülüyordu.

O zamandan bu yana, Argonne çok disiplinli bir bilim ve mühendislik araştırma merkezi haline geldi ancak hâlâ öncelikli olarak enerji sürdürülebilirliğine odaklanıyor. Grup, çeşitli endüstrilere erişmek ve enerji fiziği ve malzeme bilimi pazarlarında yaratıcılığı teşvik etmek için Chicago şehir merkezindeki konumundan yararlanıyor.

2. Benek

(Özel)

1984 yılında Beneq, ALD yöntemlerini süreçlerine entegre eden dünyanın ilk endüstriyel üretim hattı oldu. Bu özel mülkiyete ait Finlandiya firması, ALD'nin kuruluşundan bu yana pazarda öncü olmuştur. Bugün firmalara üst düzey ALD ekipmanları sağlıyor ve yarı iletken üretim süreçlerinde uzmanlaşıyor.

Beneq, ALD sektöründe öncü bir güç olmaya devam ediyor ve bu listedeki en köklü isimlerden biri olarak kabul ediliyor. Grup yeni ve yenilikçi kaplama çözümleri sunmaya devam ediyor. Bu nedenle birçok kişi onu pazar lideri olarak görüyor.

3. CVD Ekipmanı

CVD Ekipman Şirketi (CVV + 6.34%)

CVD Equipment bir başka saygın ALD sağlayıcısıdır. Grup, piyasaya hassas ve güvenilir kimyasal buhar biriktirme ve termal proses ekipmanları sağlama konusunda itibar kazandı. Bugün CVD, otomotiv ve havacılık sektörleri de dahil olmak üzere birçok sektöre hizmet vermektedir.

CVD +40 yıldır hizmet vermektedir. bu deneyim firmanın kendisini pazarda öncü bir güç olarak konumlandırmasını sağlamıştır. Ayrıca şirketin performansı en üst düzeye çıkaracak şekilde süreçlerini geliştirmesine ve optimize etmesine de olanak sağladı.

4. Applied Materials

Uygulamalı Malzemeler, Inc (AMAT -1.51%)

Applied Materials, 2020 yılında Picosun'u satın aldıktan sonra ALD pazarında önemli bir oyuncu haline geldi. O dönemde Picosun, sektördeki en aktif ALD sağlayıcılarından biriydi. Applied Materials, ultra ince katmanların uygulanmasına yönelik yeni yöntemler ve stratejiler geliştirmek için deneyimlerinden ve ağlarından yararlandı.

Bugün Applied Material, kurumsal düzeydeki müşterilere ALD hizmetleri sunmaktadır. Bu hizmetler anahtar teslimi üretim hatlarını ve araştırma tekliflerini içerir. Ayrıca firmalar, ALD hizmetlerinin oluşturulmasını ve entegrasyonunu kolaylaştırmaya yardımcı olmak için Uygulamalı Malzemeler danışmanlığından yararlanabilir.

Yapay Zeka ALD'yi İyileştiriyor

ALD'nin son birkaç yılda gelişmesinin nedenlerinden biri de yapay zeka algoritmalarının entegrasyonudur. Özellikle makine öğrenimi algoritmaları, geliştiricilerin yeni bileşikleri sanal olarak oluşturmasına ve denemesine olanak tanır. Bu yetenek, Ar-Ge maliyetlerini önemli ölçüde azaltır ve geliştiricilerin, görevi gerçekleştirmek için özel makinelere ihtiyaç duymadan belirli malzemelerin nasıl etkileşime girdiğini görmelerine olanak tanır.

Makine öğrenimi algoritmaları, potansiyel zayıf noktaları veya eşikleri bulmak için milyonlarca deneme çalıştırabilir. Bu yapay zeka tarzı çok etkilidir ve görevleri en iyi şekilde tamamlamak için yalnızca bir kez öğretilmesi gerekir. Ek olarak, sinir ağlarını öğrenmek, yapay zekanın yeni materyaller önerdiğini ve kendi başına test ve geliştirme yürüttüğünü görebilir.

Yapay zeka simülasyonu birçok nedenden ötürü oyunun kurallarını değiştiriyor. Birincisi, bu testler, yaratımlarını gerçek dünyadaki öğelere zarar vermeden mutlak sınıra kadar test etmeyi mümkün kılıyor. Geliştiriciler, üretim yöntemlerine fon ayırmadan hemen önce her şeyi oluşturabilir, test edebilir ve yeniden ayarlayabilir. Bu şekilde yapay zeka, gelecekte yeni dayanıklılık seviyelerinin ve uygulama yöntemlerinin kilidini açmanın anahtarı olabilir.

ALD Pazar Genişlemesi

ALD pazarı yükselişte ve 4.46'te ALD ekipmanlarının satışından +2023 milyar gelir elde edildiğini gösteren raporlar var. Aynı veriler, önümüzdeki on yılda %8.90 CAGR tahminiyle gelecekte önemli bir büyüme potansiyelinin altını çiziyor. Yalnızca ABD pazarı.

Rapor ayrıca artan talebin elektronik cihazların sürekli minyatürleştirilmesinin ve iyileşen üretim süreçlerinin bir sonucu olduğunu da gösteriyor. Daha yeni süreçler kaliteyi artırır ve uygulama maliyetlerini azaltır. Aynı rapor aynı zamanda güneş panellerine olan talebin artmasının ALD'nin genişlemesi için başka bir katalizör olduğunu da gösteriyor.

Her Zaman Daha Siyah Olabilir

En siyah malzemeyi yaratma bilimi gelişmeye ve bilim sektörlerinde yenilikleri teşvik etmeye devam edecek. ALD teknolojileri, ileri teknolojiye sahip optik cihazlardan uzay araştırmalarına ve güneş ışınlarının yakalanmasına kadar yenilikçiliğin ön saflarında yer almaktadır. Bu nedenlerden dolayı önümüzdeki aylarda bu firmaları takip etmekte fayda var.

Heyecan verici blockchain projeleri hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz okuyun.