Металлический монокристаллический материал методом конверсии

Металлический монокристаллический материал методом конверсии

Исследовательская группа Центра многомерных углеродных материалов Института фундаментальных наук (IBS) предложила новый метод конверсии недорогих поликристаллических металлических плёнок в монокристаллы, наделённые уникальными свойствами. Ожидается, что такие материалы найдут широкое применение в областях науки и техники.

Металлическое лоскутное шитьё

Структура большинства металлических материалов рассматривается как «лоскутное шитьё», создаваемое на основе миниатюрных кристаллов с небольшими дефектами на границах между каждым лоскутом.

Такие дефекты, известные как границы зерен, ухудшают электрические и частично механические свойства металла. Однако монокристаллические металлы уже не имеют «границ лоскутов» и демонстрируют более высокую электропроводность.

Кроме того, монокристаллическим металлам присущи другие улучшенные качества, которые могут представлять высокую значимость при использовании материалов в различных областях:

  • электроника,
  • плазмоника,
  • катализ и других.

Так, монокристаллическая металлическая фольга привлекает высокое внимание, потому что некоторые монокристаллические металлы, такие как медь, никель и кобальт, пригодны для роста дефектного графена, нитрида бора и алмаза поверх таких металлов.

Процесс изготовления монокристаллов

Монокристаллы обычно изготавливаются, начиная от «кристаллического семени». Обычные подходы, такие как метод Чохральского, Бриджмена или другие, основанные на осаждении тонких металлических плёнок на монокристаллические неорганические субстраты, достигают небольших монокристаллов при высоких затратах на обработку.

Чтобы использовать весь потенциал таких металлических конструкций, инженеры IBS создали так называемую технологию «бесконтактного отжига». Эта технология включает нагрев поликристаллической металлической фольги до температуры, немного ниже температуры плавления каждого металла.

Новый метод не требует монокристаллических семян или шаблонов, которые ограничивают максимальный размер кристалла. Были проведены тесты с использованием пяти различных типов металлической фольги:

  • меди,
  • никеля,
  • кобальта,
  • платины,
  • палладия.

Эксперименты показали «колоссальный рост зёрен», достигающих объёма до 32 квадратных сантиметров, к примеру, для меди.

Детали эксперимента изменялись в зависимости от используемого металла. Так, для варианта с медью, использовались кварцевые держатели и стержень для подвешивания металлической фольги в исходном состоянии.

Затем фольгу нагревали в трубчатой печи до температуры 1050ºC (1323ºK) – параметру, близкому к точке плавления меди (1358ºК). Нагрев продолжался несколько часов в атмосфере водорода с аргоном, после чего материал охлаждали.


При помощи информации: IBS