إنجاز جديد في مجال الأغشية الرقيقة منخفضة التكلفة وعالية الأداء: سبائك عالية الإنتروبيا تؤدي إلى هندسة مواد أكثر مرونة.

لطالما اعتُبرت السبائك عالية الإنتروبيا اتجاهاً مهماً لتطوير مواد الجيل القادم نظراً لقوتها الميكانيكية الممتازة ومقاومتها للحرارة ومقاومتها للتآكل.

ومع ذلك، عندما يحاول الباحثون دمج هذه الخصائص الفائقة في التطبيقات الإلكترونية أو تطبيقات الطاقة أو تطبيقات مقاومة التآكل في شكل أغشية رقيقة، فإنهم غالباً ما يواجهون قيوداً بسبب ارتفاع تكاليف التحضير والحواجز التقنية المعقدة.

في الآونة الأخيرة، اقترحت جامعة كانازاوا في اليابان، بالتعاون مع المعهد الهندي للتكنولوجيا حيدر أباد وجامعة ستراثكلايد في المملكة المتحدة، تقنية مبتكرة تتغلب بنجاح على اختناقات العملية وتحقق ترسيب أغشية رقيقة من سبائك عالية الأداء وعالية الإنتروبيا بتكلفة أقل، مما يفتح آفاقًا جديدة لهندسة المواد.

إمكانيات وتحديات سبائك الإنتروبيا العالية

تُعدّ سبائك الإنتروبيا العالية نوعًا جديدًا من المواد يتكون من خمسة عناصر أو أكثر ممزوجة بنسب متساوية تقريبًا، وتُحدث بنيتها وخصائصها ثورة في مفاهيم تصميم السبائك التقليدية. تتميز هذه السبائك بمزايا ملحوظة، لا سيما في القوة العالية، ومقاومة الحرارة، ومقاومة التآكل. وإذا أمكن إنتاجها على شكل أغشية رقيقة، فإن هذه المواد لديها القدرة على استخدامها في الطبقات الواقية للمكونات الإلكترونية، والأسطح المقاومة للتآكل، وأجهزة الطاقة، والمكونات الهندسية للبيئات القاسية. مع ذلك، يتطلب الحصول على أغشية رقيقة متعددة العناصر ممزوجة بشكل متجانس التحكم المتزامن في أهداف متعددة واستخدام أهداف سبائك الإنتروبيا العالية باهظة الثمن، مما ينتج عنه عمليات معقدة ومكلفة تحد من التطبيق العملي لهذه التقنية وإنتاجها على نطاق صناعي.

استراتيجية جديدة تُمكّنها الأهداف الدوارة والليزر النبضي

يكمن ابتكار فريق البحث في الجمع بين تقنية الترسيب بالليزر النبضي (PLD) وهيكل هدف دوار مصمم حديثًا. فبدلًا من استخدام هدف من سبيكة واحدة، قاموا بتصنيع صفائح على شكل مروحة من المعادن الخمسة النقية التي تُكوّن سبيكة “كانتر” النموذجية عالية الإنتروبيا – الكروم والمنغنيز والحديد والكوبالت والنيكل – ورتبوها في هدف قرصي الشكل. عند تسليط شعاع ليزر على الهدف أثناء دورانه، تُقذف ذرات المعادن المختلفة وتُنقل في آنٍ واحد إلى سطح الركيزة، مما يسمح للعناصر المعقدة بالاختلاط بشكل طبيعي وتكوين طبقة رقيقة من سبيكة عالية الإنتروبيا. يُمكّن هذا التصميم هدفًا واحدًا من إتمام الخطوات التي كانت تتطلب سابقًا التحكم في أهداف متعددة، مما يُقلل تكاليف المعدات ويجعل تعديلات التركيبة أكثر مرونة.

لا يقتصر تكوين الغشاء على التغطية فحسب، بل يتعلق أيضاً بالانغراس العميق.

تُظهر النتائج التجريبية نجاح هذه التقنية في تشكيل أغشية من سبائك عالية الإنتروبيا بسماكة مئات النانومترات على ركائز من مواد مختلفة كالزجاج والألومنيوم والفولاذ. ويكشف الفحص المقطعي أن الغشاء لا يلتصق بالسطح فحسب، بل يتغلغل في الركيزة عبر “تأثير الزرع الذري”، مُشكلاً بنية أكثر اندماجًا مع المادة. ولا يُعزز هذا السلوك، المُسرّع بالليزر، التصاق الغشاء فحسب، بل يُضفي على الطبقة الوظيفية متانة واستقرارًا أكبر.

إمكانية ضبط دقيقة للتحكم في بنية الأغشية الرقيقة

خلال عملية الترسيب، اكتشف فريق البحث أن تغيير ضغط الغاز داخل حجرة الترسيب يُسهم في ضبط الطاقة الحركية للذرات، وبالتالي التحكم في عمق وسماكة الطبقة. هذه الخاصية تعني إمكانية تعديلها بدقة وفقًا لمتطلبات التطبيق، مثل زيادة سماكة الطبقة المقاومة للتآكل، أو تعزيز قدرات الانتشار الحراري، أو تحسين متانة الطبقة الواقية. في هندسة أسطح المواد، غالبًا ما تُترجم هذه الدرجة العالية من التحكم إلى قيمة عملية أوسع وإمكانات صناعية أكبر.

مستقبل واعد لتصميم المواد المخصصة

تكمن جاذبية هذه التقنية في قدرتها على تصنيع أغشية رقيقة وظيفية ذات التصاق وأداء عاليين بتكلفة منخفضة وبأقل قدر من التعقيد، دون التقيد بمواد الركيزة. فسواءً كانت معدنية أو خزفية أو زجاجية، يمكن تعديل سطحها من خلال عملية ترسيب أغشية مبسطة. والأهم من ذلك، أنه بمجرد تعديل نوع وترتيب الهدف المعدني، يمكن ابتكار أغشية رقيقة من سبائك عالية الإنتروبيا ذات خصائص مختلفة، مما يعزز مرونة التطبيقات بشكل ملحوظ.

ختاماً

تقدم التقنية الجديدة التي اقترحتها جامعة كانازاوا وفريقها المتعاون نهجًا أكثر فعالية من حيث التكلفة وأكثر جدوى لتصنيع الأغشية الرقيقة من سبائك عالية الإنتروبيا، مما يحرر استخدام المواد عالية الأداء من قيود عمليات التصنيع المكلفة. ومع استمرار تطوير هذه التقنية وتوسيع نطاقها لتشمل تركيبات معدنية أخرى، يُتوقع أن تُسفر هذه التقنية المبتكرة عن نتائج ملموسة في مجالات مثل تغليف الإلكترونيات، والطلاءات الواقية، والإدارة الحرارية، والطاقة. ولا يُعد هذا إنجازًا بارزًا في علم المواد فحسب، بل قد يكون أيضًا نقطة انطلاق لموجة جديدة من التطبيقات الصناعية.

مصدر:

• تم تطوير أغشية رقيقة من سبائك منخفضة التكلفة وعالية الإنتروبيا من خلال الجمع بين أهداف متعددة المعادن دوارة وترسيب الليزر النبضي.
• 金沢大ら，レーザーでハイエントロピー合金薄膜形成

---

بالنسبة للطحن، نقدم تعديلات مخصصة، مما يسمح لك بتعديل النسب لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة بناءً على احتياجات المعالجة الخاصة بك.

إذا كنت لا تزال لا تعرف كيفية اختيار الأنسب بعد قراءة المقال.

لا تتردد في الاتصال بنا؛ لدينا متخصص للإجابة على أسئلتك.

لا تتردد في الاتصال بنا إذا كنت ترغب في الحصول على عرض أسعار مخصص.

ساعات خدمة العملاء: من الاثنين إلى الجمعة، من الساعة 9:00 صباحاً إلى الساعة 6:00 مساءً

رقم الهاتف: +886 07 223 1058

لا تتردد في مراسلتي على فيسبوك إذا كانت لديك أي أسئلة حول مواضيع محددة أو إذا لم تتمكن من شرح الأمور بوضوح عبر الهاتف.

صفحة Honway على فيسبوك: https://www.facebook.com/honwaygroup

---

قد تهمك هذه المقالات…