211service.com
Baglæns smeltning
Forestil dig en vinterlig dag med isglas på hvert fortov og trægrene i syne. Så falder temperaturen, og isen begynder at smelte. Ice opfører sig selvfølgelig aldrig på denne måde. Men nogle materialer bliver virkelig fra fast til flydende, når de bliver koldere, et fænomen kendt som retrograd smeltning. Et MIT-hold har nu observeret denne bizarre, baglæns-tilsyneladende proces i et af de mest almindelige og nyttige materialer omkring os: silicium, det element, der bruges til at fremstille de fleste solceller og computerchips.
En anden form for smeltning En lille siliciumchip (den glødende orange firkant i midten af denne specielle varmeenhed), der er blevet overmættet med metalforurenende stoffer, gennemgår en retrograd smelteproces efter at være blevet opvarmet og derefter meget langsomt afkølet.
Silicium smelter normalt ved 1.414 °C. Men forskerne fandt ud af, at en siliciumwafer, der var forurenet med små mængder kobber, nikkel og jern, dannede en sjusset blanding af fast og flydende materiale, da den afkøledes til under 900 °C. Ved disse temperaturer er det muligt at observere siliciums opførsel under smeltning ved hjælp af en specialiseret røntgenfluorescensmikroprobe. Opdagelsen har nogle potentielt praktiske implikationer, og det kan føre til nyttige nye metoder til at rense materialet.
Fundet blev beskrevet i et papir offentliggjort i år i Avancerede materialer af Tonio Buonassisi, en assisterende professor i maskinteknik og fremstilling, sammen med Steve Hudelson, SM '09, og postdoc-stipendiat Bonna Newman, PhD '08.
Først diffunderede de kobber, nikkel og jern til rent silicium og opvarmede blandingen til 1.140 °C, et godt stykke under siliciums smeltepunkt, men varmt nok til at producere en opløsning af metallerne i silicium. Hurtig afkøling af blandingen efterlod siliciumet overmættet - det vil sige, at det holdt mere opløst metal, end det normalt ville være muligt, ligesom sodavand i en flaske indeholder mere kuldioxid, end væsken ville holde ved almindeligt tryk uden for flasken. Men da forskerne genopvarmede materialet og lod det afkøle langsommere, dannedes der flydende dråber af metal og silicium midt i det faste materiale. Du rammer et punkt, hvor du fremkalder nedbør, og det har intet andet valg end at fælde ud i en flydende fase, siger Buonassisi.
Forskerne fandt ud af, at urenheder - i dette tilfælde tilsatte kobber, nikkel og jern, som er de vigtigste urenheder, der normalt findes i silicium - havde en tendens til at migrere til væsken. Udnyttelse af dette fænomen kan gøre det muligt at bruge billigere kvaliteter af silicium til enheder som solceller, fordi materialet kan renses under fremstillingsprocessen. Hvis du kan skabe små væskedråber inde i en blok silicium, siger Buonassisi, tjener de som små støvsugere til at suge urenheder op. Dråberne størkner derefter, bevarer de koncentrerede urenheder og efterlader resten af materialet renere.