یکی از مشکلات رایج در لولههای صنعتی، رسوبات معدنی است دقیقا مانند رسوبات آهک که درون کتری جمع میشوند . این رسوب در لوله های صنعتی یک مشکل اساسی در سیستمهای آب و انرژی به شمار می رود، جایی که جریان کند شده، به تجهیزات فشار آمده و هزینهها تعمیر افزایش چشم گیری می یابد.
رسوب مواد معدنی در یک لوله پس از ۶ ماه، که دوبار در سال نیاز به تعویض دارد
یک مطالعه جدید توسط مهندسان دانشگاه رایس نشان میدهد که پوششهای الماس رشد یافته در آزمایشگاه میتوانند این مشکل را حل کنند و جایگزینی برای افزودنیهای شیمیایی و تمیزکاری های مکانیکی باشند، که هر دو فقط تسکین موقت ارائه میدهند و دارای معایب زیستمحیطی یا عملیاتی نیز می باشند.
محققان پولیکل آجایان (Pulickel Ajayan) و شیانگ ژانگ (Xiang Zhang) که یک ویفر با پوششی از نانو الماس را در دست دارد
شیانگ ژانگ؛ محقق فوق دکترای دانشگاه رایس گفت: «به دلیل این محدودیتها، علاقه فزایندهای به موادی وجود دارد که میتوانند به طور طبیعی و بدون مداخله مداوم در برابر تشکیل رسوب مقاومت کنند . کار ما با شناسایی یک ماده پوششی آغاز شد که میتواند به تنهایی تمیز مانده و به این نیاز فوری پاسخ دهد.»
تحقیقات جدید بر پایه مطالعات قبلی بنا شده که نشان داده بود الماس، علاوه بر سختی فوقالعاده و پایداری شیمیایی، میتواند از رشد باکتریها نیز جلوگیری کند. برای ارزیابی این موضوع، گروه تحقیقاتی ابتدا لایه های نازکی از الماس را با استفاده از فرایندی به نام انباشت بخار شیمیایی با پلاسمای مایکروویو (MPCVD) ساخته شدند ـ انباشت بخار شیمیایی با پلاسمای مایکروویو یکی از روش های مرسوم برای ساخت الماسهای مصنوعی است.
شیانگ ژانگ با دستگاه انباشت بخار شیمیایی پلاسمای مایکروویو
الماسهای آزمایشگاهی چگونه ساخته میشوند؟
برای تهیه این لایه نازک پوششی، گازهای متان و هیدروژن وارد یک محفظه راکتور شدند که در آن ویفرهای سیلیکونی قرار داشتند؛ ویفرهایی که با محلول نانوالماس، پوشش داده شده بودند. تابش مایکروویو با توان بالا، اتمهای گازها را به حالت پلاسما که داغ بوده و انرژی زیادی دارد، برانگیخت.
این وضعیت باعث شد اتمهای کربن آزاد شوند و روی ویفرها بنشینند و طی چند ساعت به ساختار الماس متصل شوند. در ادامه، با استفاده از گازهای مختلف، سطح این فیلمها اصلاح شد تا تغییرات ظریفی در آن ایجاد شود و عملکرد هر نسخه آزمایش شود. سپس نمونههای لایه ی نازک الماس در یک محلول فوقاشباع از کلسیم سولفات به مدت ۲۰ ساعت در دمای اتاق غوطهور شدند تا رسوب معدنی روی آنها تشکیل شود. لایه های نازک الماسی دارای پایانه نیتروژن بیش از ۱۰ برابر رسوب کمتری نسبت به دیگر نسخههایی که پایانهای از اکسیژن، هیدروژن یا فلوئور داشتند، به خود گرفت. علاوه بر این، تجمع رسوب تنها در قالب خوشههای پراکنده کریستالی دیده شد، در حالی که دیگر نسخهها لایههای متراکم تشکیل داده بودند که شکستن و حذف آنها بسیار دشوار است.
پولیکل آجایان و شیانگ ژانگ
بیشتر بخوانید:
ساخت الماس با استفاده از پرتو الکترونی در ژاپن
استفاده از نانو الماس ها
انقلاب الماس مصنوعی چین در بازار
اسپانیا، قطب جدید تولید الماس آزمایشگاهی
سرمایهگذاری ۵۵۰ میلیارد دلاری برای تولید الماس مصنوعی در آمریکا
محققان همین شیمی را روی الکترودهای الماس آمیخته شده با بور که در سیستمهای الکتروشیمیایی استفاده میشوند، اعمال کردند. این الکترودها تقریباً یک هفتم رسوب را بدون از دست دادن عملکرد جمعآوری کردند.
این یافتهها لایه های الماس پلیکریستالی که با روش بخار رشد داده میشوند و مقرونبهصرفهاند را بهعنوان یک ماده ضد رسوب قدرتمند و بادوام معرفی میکنند؛
جون لو (Jun Lou) ، استاد علوم مواد و مهندسی نانو ، گفت: «فرآیند رسوبدهی مقیاسپذیر و همهکاره این پوشش، آن را برای بخشهای مختلف صنعت بسیار جذاب میکند.»
نظرات کاربران