פלא בתחום החומרים הפונקציונליים
בְּתוֹריַהֲלוֹםיישום, הוא כרוך במגוון רחב של טכנולוגיות והוא קשה מאוד. הוא דורש מחקר משותף בתחומים שונים כדי להתממש בפרק זמן קצר יחסית. בעתיד, יש צורך לפתח ולשפר באופן מתמיד את טכנולוגיית גידול היהלומים CVD ולחקור את היישום שליהלום CVDסרט באקוסטיקה, אופטיקה וחשמל. הוא יהפוך לחומר חדש לפיתוח היי-טק במאה ה-21. ניתן להשתמש ביישום של CVD הן עבור חומרים הנדסיים והן עבור חומרים פונקציונליים. להלן רק מבוא ליישומיו הפונקציונליים.
מהו חומר פונקציונלי? חומרים פונקציונליים מתייחסים לחומרים שונים בעלי פונקציות פיזיקליות וכימיות כגון אור, חשמל, מגנטיות, קול וחום המשמשים בתעשייה ובטכנולוגיה, כולל חומרים פונקציונליים חשמליים, חומרים פונקציונליים מגנטיים, חומרים פונקציונליים אופטיים, חומרים מוליכי-על, חומרים ביו-רפואיים, ממברנות פונקציונליות וכו'.
מהי ממברנה פונקציונלית? מהם מאפייניה? ממברנה פונקציונלית מתייחסת לחומר שכבה דקה בעל תכונות פיזיקליות כגון אור, מגנטיות, סינון חשמלי, ספיחה ותכונות כימיות כגון קטליזה ותגובה.
מאפייני חומרי שכבה דקה: חומרי שכבה דקה הם חומרים דו-ממדיים אופייניים, כלומר, הם גדולים בשני קני מידה וקטנים בשלישי. בהשוואה לחומרים תלת-ממדיים נפוצים, יש להם מאפיינים רבים בביצועים ובמבנה. המאפיין הבולט ביותר הוא שניתן להשיג חלק מהתכונות של שכבות פונקציונליות באמצעות שיטות מיוחדות להכנת שכבות דקות במהלך ההכנה. זו הסיבה שחומרים פונקציונליים של שכבות דקות הפכו לנושא חם של תשומת לב ומחקר.
בְּתוֹרחומר דו-ממדי, המאפיין החשוב ביותר של חומרי שכבה דקה הוא מה שנקרא מאפיין הגודל, שניתן להשתמש בו כדי למזער ולשלב רכיבים שונים. שימושים רבים בחומרי שכבה דקה מבוססים על נקודה זו, שהנפוץ שבהם הוא בשימוש במעגלים משולבים ולהגדלת צפיפות האחסון של רכיבי אחסון במחשב.
בשל גודלו הקטן, היחס בין פני השטח לממשק בחומר השכבה הדקה גדול יחסית, והתכונות המוצגות על ידי פני השטח בולטות ביותר. ישנה סדרה של השפעות פיזיקליות הקשורות לממשק פני השטח:
(1) העברה והחזרה סלקטיביים הנגרמות על ידי אפקט הפרעת האור;
(2) פיזור לא אלסטי הנגרם מהתנגשות בין אלקטרונים לפני השטח גורם לשינויים במוליכות, מקדם הול, אפקט השדה המגנטי של הזרם וכו';
(3) מכיוון שעובי הסרט קטן בהרבה מהנתיב החופשי הממוצע של האלקטרונים וקרוב לאורך הגל של דרוביי של האלקטרונים, האלקטרונים הנעים הלוך ושוב בין שני משטחי הסרט יפריעו, והאנרגיה הקשורה לתנועה האנכית של המשטח תיקח ערכים בדידים, אשר ישפיעו על מעבר האלקטרונים;
(4) על פני השטח, האטומים נקטעים מעת לעת, ורמת האנרגיה על פני השטח ומספר מצבי השטח הנוצרים הם באותו סדר גודל כמו מספר האטומים על פני השטח, דבר שתהיה לו השפעה רבה על חומרים עם מעט נושאי אנרגיה כמו מוליכים למחצה;
(5) מספר האטומים הסמוכים של האטומים המגנטיים על פני השטח פוחת, מה שגורם לעלייה במומנט המגנטי של אטומי פני השטח;
(6) אניזוטרופיה של חומרי שכבה דקה וכו'.
מכיוון שביצועי חומרי שכבה דקה מושפעים מתהליך ההכנה, רובם נמצאים במצב לא שיווי משקל במהלך תהליך ההכנה. לכן, ניתן לשנות את הרכבם ומבנהם של חומרי שכבה דקה בטווח רחב מבלי להיות מוגבלים על ידי מצב שיווי המשקל. לכן, אנשים יכולים להכין חומרים רבים שקשה להשיג עם חומרים בתפזורת ולקבל תכונות חדשות. זוהי תכונה חשובה של חומרי שכבה דקה וסיבה חשובה לכך שחומרי שכבה דקה מושכים את תשומת ליבם של אנשים. בין אם משתמשים בשיטות כימיות או פיזיקליות, ניתן להשיג את שכבה דקה מתוכננת.