FeCoB हार्ड एटचेंट का उपयोग करके एक पॉलीक्रिस्टलाइन डायमंड पैटर्न बनाना

डायमंड एंड रिलेटेड मटेरियल्स जर्नल में एक नया अध्ययन पैटर्न बनाने के लिए FeCoB वगैरह के साथ पॉलीक्रिस्टलाइन हीरे की नक्काशी पर केंद्रित है। इन उन्नत तकनीकी नवाचारों के परिणामस्वरूप, बिना किसी क्षति और कम दोष के हीरे की सतह प्राप्त की जा सकती है।
अनुसंधान: फोटोलिथोग्राफ़िक पैटर्न के साथ FeCoB का उपयोग करके ठोस अवस्था में हीरे की स्थानिक चयनात्मक नक़्क़ाशी। छवि क्रेडिट: ब्योर्न विलेज़िक/शटरस्टॉक.कॉम
ठोस-अवस्था प्रसार प्रक्रिया के माध्यम से, FeCoB नैनोक्रिस्टलाइन फिल्में (Fe:Co:B=60:20:20, परमाणु अनुपात) माइक्रोस्ट्रक्चर में हीरों के जाली लक्ष्यीकरण और उन्मूलन को प्राप्त कर सकती हैं।
हीरे में अद्वितीय जैव रासायनिक और दृश्य गुण होते हैं, साथ ही उच्च लोच और ताकत भी होती है। इसका चरम स्थायित्व अल्ट्रा प्रिसिजन मशीनिंग (डायमंड टर्निंग टेक्नोलॉजी) में प्रगति का एक महत्वपूर्ण स्रोत है और सैकड़ों जीपीए की सीमा में अत्यधिक दबाव का मार्ग है।
रासायनिक अभेद्यता, दृश्य स्थायित्व और जैविक गतिविधि उन प्रणालियों की डिज़ाइन संभावनाओं को बढ़ाती है जो इन कार्यात्मक गुणों का उपयोग करती हैं। डायमंड ने मेक्ट्रोनिक्स, ऑप्टिक्स, सेंसर और डेटा प्रबंधन के क्षेत्र में अपना नाम बनाया है।
उनके अनुप्रयोग को सक्षम करने के लिए, हीरों की बॉन्डिंग और उनका पैटर्न स्पष्ट समस्याएं पैदा करता है। प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आरआईई), प्रेरक रूप से युग्मित प्लाज्मा (आईसीपी), और इलेक्ट्रॉन बीम प्रेरित नक़्क़ाशी मौजूदा प्रक्रिया प्रणालियों के उदाहरण हैं जो नक़्क़ाशी तकनीक (ईबीआईई) का उपयोग करते हैं।
हीरे की संरचनाएं लेजर और केंद्रित आयन बीम (एफआईबी) प्रसंस्करण तकनीकों का उपयोग करके भी बनाई जाती हैं। इस निर्माण तकनीक का उद्देश्य प्रदूषण में तेजी लाने के साथ-साथ क्रमिक उत्पादन संरचनाओं में बड़े क्षेत्रों पर स्केलिंग की अनुमति देना है। इन प्रक्रियाओं में तरल पदार्थ (प्लाज्मा, गैस और तरल समाधान) का उपयोग किया जाता है, जो प्राप्त होने वाली ज्यामितीय जटिलता को सीमित करता है।
यह अभूतपूर्व कार्य रासायनिक वाष्प उत्पादन द्वारा सामग्री के पृथक्करण का अध्ययन करता है और सतह पर FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 परमाणु प्रतिशत) के साथ पॉलीक्रिस्टलाइन हीरा बनाता है। हीरे में मीटर-स्केल संरचनाओं की सटीक नक्काशी के लिए टीएम मॉडल के निर्माण पर मुख्य ध्यान दिया जाता है। अंतर्निहित हीरे को 30 से 90 मिनट के लिए 700 से 900 डिग्री सेल्सियस पर ताप उपचार द्वारा नैनोक्रिस्टलाइन FeCoB से जोड़ा जाता है।
हीरे के नमूने की एक अक्षुण्ण परत एक अंतर्निहित पॉलीक्रिस्टलाइन माइक्रोस्ट्रक्चर को इंगित करती है। प्रत्येक विशेष कण के भीतर खुरदरापन (आरए) 3.84 ± 0.47 एनएम था, और कुल सतह खुरदरापन 9.6 ± 1.2 एनएम था। प्रत्यारोपित FeCoB धातु परत की खुरदरापन (एक हीरे के दाने के भीतर) 3.39 ± 0.26 एनएम है, और परत की ऊंचाई 100 ± 10 एनएम है।
30 मिनट के लिए 800 डिग्री सेल्सियस पर एनीलिंग करने के बाद, धातु की सतह की मोटाई 600 ± 100 एनएम तक बढ़ गई, और सतह का खुरदरापन (आरए) 224 ± 22 एनएम तक बढ़ गया। एनीलिंग के दौरान, कार्बन परमाणु FeCoB परत में फैल जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप आकार में वृद्धि होती है।
100 एनएम मोटी FeCoB परतों वाले तीन नमूनों को क्रमशः 700, 800 और 900°C के तापमान पर गर्म किया गया। जब तापमान सीमा 700 डिग्री सेल्सियस से नीचे होती है, तो हीरे और FeCoB के बीच कोई महत्वपूर्ण बंधन नहीं होता है, और हाइड्रोथर्मल उपचार के बाद बहुत कम सामग्री हटाई जाती है। सामग्री हटाने को 800 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान तक बढ़ाया जाता है।
जब तापमान 900°C तक पहुंच गया, तो नक़्क़ाशी दर 800°C के तापमान की तुलना में दोगुनी बढ़ गई। हालाँकि, नक़्क़ाशीदार क्षेत्र की प्रोफ़ाइल प्रत्यारोपित नक़्क़ाशी अनुक्रम (FeCoB) से बहुत अलग है।
एक पैटर्न बनाने के लिए एक ठोस अवस्था के नक़्क़ाशी का योजनाबद्ध चित्रण: फोटोलिथोग्राफ़िक रूप से पैटर्न वाले FeCoB का उपयोग करके हीरे की स्थानिक रूप से चयनात्मक ठोस अवस्था की नक़्क़ाशी। छवि क्रेडिट: वैन ज़ेड और शंकर एमआर एट अल।, हीरे और संबंधित सामग्री।
हीरों पर 100 एनएम मोटे FeCoB नमूनों को क्रमशः 30, 60 और 90 मिनट के लिए 800°C पर संसाधित किया गया।
उत्कीर्ण क्षेत्र का खुरदरापन (रा) 800 डिग्री सेल्सियस पर प्रतिक्रिया समय के आधार पर निर्धारित किया गया था। 30, 60 और 90 मिनट के लिए एनीलिंग के बाद नमूनों की कठोरता क्रमशः 186±28 एनएम, 203±26 एनएम और 212±30 एनएम थी। 500, 800, या 100 एनएम की खोदने की गहराई के साथ, खोदे गए क्षेत्र की खुरदरापन और खोदने की गहराई का अनुपात (आरडी) क्रमशः 0.372, 0.254, और 0.212 है।
नक़्क़ाशी की गहराई बढ़ने के साथ नक़्क़ाशी क्षेत्र की खुरदरापन में उल्लेखनीय वृद्धि नहीं होती है। यह पाया गया है कि हीरे और एचएम वगैरह के बीच प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक तापमान 700°C से अधिक है।
अध्ययन के नतीजे बताते हैं कि FeCoB अकेले Fe या Co की तुलना में बहुत तेज गति से हीरे को प्रभावी ढंग से हटा सकता है।