ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านฟิล์มบางประสิทธิภาพสูงราคาประหยัด: โลหะผสมที่มีเอนโทรปีสูงนำไปสู่การออกแบบวัสดุที่ยืดหยุ่นยิ่งขึ้น

โลหะผสมที่มีเอนโทรปีสูงได้รับการพิจารณามานานแล้วว่าเป็นทิศทางสำคัญในการพัฒนาวัสดุแห่งอนาคต เนื่องจากมีคุณสมบัติเด่นด้านความแข็งแรงเชิงกล ความทนทานต่อความร้อน และความทนทานต่อการกัดกร่อน

อย่างไรก็ตาม เมื่อนักวิจัยพยายามนำคุณสมบัติที่เหนือกว่าเหล่านี้ไปประยุกต์ใช้ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ พลังงาน หรือวัสดุที่ทนต่อการสึกหรอในรูปแบบฟิล์มบาง พวกเขามักจะพบกับข้อจำกัดด้านต้นทุนการเตรียมที่สูงและอุปสรรคทางเทคนิคที่ซับซ้อน

เมื่อไม่นานมานี้ มหาวิทยาลัยคานาซาวะในประเทศญี่ปุ่น ร่วมกับสถาบันเทคโนโลยีไฮเดอราบัดแห่งอินเดีย และมหาวิทยาลัยสแตรธไคลด์ในสหราชอาณาจักร ได้เสนอเทคโนโลยีใหม่ที่สามารถเอาชนะข้อจำกัดของกระบวนการและบรรลุการสร้างฟิล์มบางโลหะผสมประสิทธิภาพสูงที่มีเอนโทรปีสูงได้ในต้นทุนที่ต่ำกว่า ซึ่งเปิดโอกาสใหม่ๆ สำหรับวิศวกรรมวัสดุ

ศักยภาพและความท้าทายของโลหะผสมเอนโทรปีสูง

โลหะผสมเอนโทรปีสูงเป็นวัสดุชนิดใหม่ที่ประกอบด้วยธาตุห้าชนิดขึ้นไปผสมกันในสัดส่วนที่ใกล้เคียงกัน โครงสร้างและคุณสมบัติของโลหะผสมเหล่านี้พลิกโฉมแนวคิดการออกแบบโลหะผสมแบบดั้งเดิม โลหะผสมเหล่านี้มีข้อดีที่โดดเด่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านความแข็งแรงสูง ความทนทานต่อความร้อน และความทนทานต่อการกัดกร่อน หากสามารถผลิตเป็นฟิล์มบางได้ วัสดุเหล่านี้มีศักยภาพที่จะนำไปใช้ในชั้นป้องกันสำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ พื้นผิวที่ทนต่อการสึกหรอ อุปกรณ์พลังงาน และชิ้นส่วนทางวิศวกรรมสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง อย่างไรก็ตาม การผลิตฟิล์มบางหลายองค์ประกอบที่ผสมกันอย่างสม่ำเสมอต้องอาศัยการควบคุมเป้าหมายหลายเป้าหมายพร้อมกัน และการใช้โลหะผสมเอนโทรปีสูงที่มีราคาแพง ส่งผลให้กระบวนการซับซ้อนและมีราคาแพง ซึ่งจำกัดการใช้งานจริงและการผลิตในระดับอุตสาหกรรมของเทคโนโลยีนี้

กลยุทธ์ใหม่ที่ใช้เป้าหมายหมุนและเลเซอร์แบบพัลส์

นวัตกรรมของทีมวิจัยอยู่ที่การผสมผสานการตกตะกอนด้วยเลเซอร์แบบพัลส์ (PLD) เข้ากับโครงสร้างเป้าหมายหมุนที่ออกแบบใหม่ แทนที่จะใช้เป้าหมายโลหะผสมเพียงชิ้นเดียว พวกเขาได้สร้างแผ่นโลหะบริสุทธิ์ 5 ชนิดที่ประกอบเป็นโลหะผสมเอนโทรปีสูงทั่วไป “โลหะผสมแคนเตอร์” ได้แก่ โครเมียม แมงกานีส เหล็ก โคบอลต์ และนิกเกล ออกมาเป็นรูปพัด และจัดเรียงไว้ในเป้าหมายรูปทรงแผ่นดิสก์ เมื่อเป้าหมายถูกฉายด้วยเลเซอร์ขณะหมุน อะตอมของโลหะต่างๆ จะถูกดีดออกและถูกส่งไปยังพื้นผิวของวัสดุรองรับพร้อมกัน ทำให้ธาตุที่ซับซ้อนผสมกันเองตามธรรมชาติและก่อตัวเป็นฟิล์มโลหะผสมเอนโทรปีสูง การออกแบบนี้ช่วยให้เป้าหมายเพียงชิ้นเดียวสามารถดำเนินการขั้นตอนต่างๆ ที่ก่อนหน้านี้ต้องใช้การควบคุมหลายเป้าหมาย ลดต้นทุนอุปกรณ์ และทำให้การปรับสูตรมีความยืดหยุ่นมากขึ้น

การสร้างฟิล์มไม่ได้หมายถึงแค่การปกคลุม แต่หมายถึงการฝังลึกเข้าไปในเนื้อเยื่อด้วย

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีนี้ประสบความสำเร็จในการสร้างฟิล์มโลหะผสมที่มีเอนโทรปีสูงหนาหลายร้อยนาโนเมตรบนพื้นผิววัสดุต่างๆ เช่น แก้ว อลูมิเนียม และเหล็ก การสังเกตภาคตัดขวางยังเผยให้เห็นว่าฟิล์มไม่ได้เพียงแค่ยึดติดกับพื้นผิวเท่านั้น แต่ยังแทรกซึมเข้าไปในวัสดุพื้นฐานผ่าน “ปรากฏการณ์การฝังตัวของอะตอม” ทำให้เกิดโครงสร้างที่ผสานเข้ากับวัสดุอย่างแน่นหนามากขึ้น พฤติกรรมการฝังตัวของอะตอมที่เร่งด้วยเลเซอร์นี้ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มการยึดเกาะของฟิล์มเท่านั้น แต่ยังทำให้ชั้นใช้งานมีความทนทานและเสถียรภาพมากขึ้นอีกด้วย

ความสามารถในการปรับแต่งอย่างแม่นยำเพื่อควบคุมโครงสร้างฟิล์มบาง

ในระหว่างกระบวนการการตกตะกอน ทีมวิจัยค้นพบว่าการเปลี่ยนแปลงความดันก๊าซภายในห้องตกตะกอนช่วยปรับพลังงานจลน์ของอะตอม ซึ่งส่งผลให้สามารถควบคุมความลึกและความหนาของฟิล์มได้ คุณสมบัตินี้หมายความว่าสามารถปรับเปลี่ยนได้อย่างแม่นยำตามความต้องการใช้งาน เช่น การเพิ่มความหนาของชั้นต้านทานการสึกหรอ การเพิ่มความสามารถในการแพร่ความร้อน หรือการปรับปรุงความเหนียวของชั้นป้องกัน ในด้านวิศวกรรมพื้นผิววัสดุ ความสามารถในการควบคุมในระดับสูงนี้มักจะนำไปสู่คุณค่าทางปฏิบัติและศักยภาพทางอุตสาหกรรมที่กว้างขวางยิ่งขึ้น

อนาคตที่สดใสของการออกแบบวัสดุแบบปรับแต่งได้ตามความต้องการ

จุดเด่นที่สุดของเทคโนโลยีนี้อยู่ที่ความสามารถในการผลิตฟิล์มบางที่มีคุณสมบัติการยึดเกาะสูงและประสิทธิภาพสูงในราคาประหยัดและมีความซับซ้อนน้อยที่สุด โดยไม่ถูกจำกัดด้วยวัสดุพื้นผิว ไม่ว่าจะเป็นโลหะ เซรามิก หรือแก้ว ก็สามารถปรับเปลี่ยนพื้นผิวได้ด้วยกระบวนการเคลือบฟิล์มที่ง่ายขึ้น ที่สำคัญกว่านั้น เพียงแค่ปรับชนิดและการจัดเรียงของโลหะเป้าหมาย ก็สามารถสร้างฟิล์มบางโลหะผสมเอนโทรปีสูงที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันได้ตามต้องการ ซึ่งช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นในการใช้งานอย่างมาก

สรุปแล้ว

เทคโนโลยีใหม่ที่เสนอโดยมหาวิทยาลัยคานาซาวะและทีมงานร่วมมือ นำเสนอแนวทางที่คุ้มค่าและเป็นไปได้มากกว่าสำหรับการผลิตฟิล์มบางโลหะผสมที่มีเอนโทรปีสูง ทำให้การประยุกต์ใช้วัสดุประสิทธิภาพสูงหลุดพ้นจากข้อจำกัดของกระบวนการผลิตที่มีราคาแพง เมื่อเทคโนโลยีได้รับการปรับปรุงและขยายไปสู่การผสมผสานโลหะมากขึ้น ผลลัพธ์ที่เป็นรูปธรรมจากเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมนี้คาดว่าจะเกิดขึ้นในด้านต่างๆ เช่น บรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ สารเคลือบป้องกัน การจัดการความร้อน และพลังงาน นี่ไม่ใช่เพียงแค่ความก้าวหน้าในวิทยาศาสตร์วัสดุเท่านั้น แต่ยังอาจเป็นจุดเริ่มต้นของคลื่นลูกใหม่ของการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอีกด้วย

แหล่งที่มา:

• ฟิล์มบางโลหะผสมต้นทุนต่ำที่มีเอนโทรปีสูงได้รับการพัฒนาขึ้นโดยการผสมผสานเป้าโลหะหลายชนิดแบบหมุนเข้ากับการตกตะกอนด้วยเลเซอร์แบบพัลส์
• ม. คานาซาว่า และคณะ ประสบความสำเร็จในการสร้างฟิล์มบางโลหะผสมเอนโทรปีสูงด้วยเลเซอร์

---

สำหรับการบด เรามีการปรับแต่งตามความต้องการในการประมวลผล เพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

หากคุณยังไม่รู้ว่าจะเลือกอันที่เหมาะสมที่สุดอย่างไรหลังจากอ่านข้อความนี้แล้ว

ยินดีต้อนรับที่จะติดต่อเรา เราจะมีคนที่จะตอบคำถามของคุณ

หากคุณต้องการใบเสนอราคาแบบกำหนดเองโปรดติดต่อเรา

เวลาทำการฝ่ายบริการลูกค้า : จันทร์ – ศุกร์ 09:00~18:00 น.

โทร : 07 223 1058

หากมีข้อสงสัยหรือคำถามที่ไม่ชัดเจนทางโทรศัพท์ โปรดอย่าลังเลที่จะส่งข้อความส่วนตัวถึงฉันทาง Facebook ~~

เฟซบุ๊ก HonWay: https://www.facebook.com/honwaygroup

---

คุณอาจสนใจ…