การศึกษาใหม่ในวารสาร Diamond and Related Materials มุ่งเน้นไปที่การแกะสลักเพชรโพลีคริสตัลไลน์ด้วยการกัดด้วย FeCoB เพื่อสร้างลวดลาย จากนวัตกรรมทางเทคโนโลยีที่ได้รับการปรับปรุงเหล่านี้ ทำให้สามารถผลิตพื้นผิวเพชรได้โดยไม่มีความเสียหายและมีข้อบกพร่องน้อยลง
การวิจัย: การกัดแบบเลือกพื้นที่ของเพชรในสถานะของแข็งโดยใช้ FeCoB พร้อมรูปแบบการพิมพ์หินด้วยแสง เครดิตรูปภาพ: Bjorn Wilezic/Shutterstock.com
ด้วยกระบวนการแพร่กระจายโซลิดสเตต ฟิล์มนาโนคริสตัลไลน์ของ FeCoB (Fe:Co:B=60:20:20 อัตราส่วนอะตอม) สามารถบรรลุเป้าหมายแบบตาข่ายและกำจัดเพชรในโครงสร้างจุลภาคได้
เพชรมีคุณสมบัติทางชีวเคมีและการมองเห็นที่เป็นเอกลักษณ์ รวมถึงมีความยืดหยุ่นและความแข็งแรงสูง ความทนทานขั้นสุดยอดเป็นแหล่งความก้าวหน้าที่สำคัญในการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ (เทคโนโลยีการกลึงด้วยเพชร) และเส้นทางสู่แรงกดดันขั้นสุดในช่วง GPa หลายร้อย
ความสามารถในการซึมผ่านของสารเคมี ความทนทานต่อการมองเห็น และกิจกรรมทางชีวภาพช่วยเพิ่มความเป็นไปได้ในการออกแบบระบบที่ใช้คุณสมบัติการทำงานเหล่านี้ Diamond ได้สร้างชื่อให้กับตัวเองในด้านเมคคาทรอนิกส์ เลนส์ เซ็นเซอร์ และการจัดการข้อมูล
เพื่อให้สามารถใช้งานได้ การยึดเกาะของเพชรและรูปแบบของเพชรทำให้เกิดปัญหาที่ชัดเจน การกัดด้วยไอออนปฏิกิริยา (RIE), พลาสม่าคู่เหนี่ยวนำ (ICP) และการกัดด้วยลำอิเล็กตรอนเหนี่ยวนำเป็นตัวอย่างของระบบกระบวนการที่มีอยู่ซึ่งใช้เทคนิคการกัด (EBIE)
นอกจากนี้ โครงสร้างเพชรยังถูกสร้างขึ้นโดยใช้เทคนิคการประมวลผลด้วยเลเซอร์และลำแสงไอออนโฟกัส (FIB) จุดมุ่งหมายของเทคนิคการผลิตนี้คือเพื่อเร่งการแยกชั้นและขยายขนาดพื้นที่ขนาดใหญ่ในโครงสร้างการผลิตที่ต่อเนื่องกัน กระบวนการเหล่านี้ใช้การกัดกรดของเหลว (พลาสมา ก๊าซ และสารละลายของเหลว) ซึ่งจำกัดความซับซ้อนทางเรขาคณิตที่สามารถทำได้
งานที่ก้าวล้ำนี้ศึกษาการระเหยวัสดุโดยการสร้างไอสารเคมี และสร้างเพชรโพลีคริสตัลไลน์ที่มี FeCoB (Fe:Co:B, 60:20:20 เปอร์เซ็นต์อะตอม) บนพื้นผิว ความสนใจหลักอยู่ที่การสร้างแบบจำลอง TM สำหรับการแกะสลักโครงสร้างขนาดเมตรในเพชรอย่างแม่นยำ เพชรที่อยู่ด้านล่างจะถูกเชื่อมติดกับ FeCoB ระดับนาโนคริสตัลไลน์โดยการบำบัดความร้อนที่ 700 ถึง 900°C เป็นเวลา 30 ถึง 90 นาที
ชั้นที่ครบถ้วนสมบูรณ์ของตัวอย่างเพชรบ่งชี้ถึงโครงสร้างจุลภาคโพลีคริสตัลไลน์ที่ซ่อนอยู่ ความหยาบ (Ra) ภายในแต่ละอนุภาคคือ 3.84 ± 0.47 นาโนเมตร และความหยาบพื้นผิวรวมคือ 9.6 ± 1.2 นาโนเมตร ความหยาบ (ภายในเม็ดเพชรหนึ่งเม็ด) ของชั้นโลหะ FeCoB ที่ฝังอยู่ที่ 3.39 ± 0.26 นาโนเมตร และความสูงของชั้นคือ 100 ± 10 นาโนเมตร
หลังจากการอบอ่อนที่ 800°C เป็นเวลา 30 นาที ความหนาของพื้นผิวโลหะเพิ่มขึ้นเป็น 600 ± 100 นาโนเมตร และความขรุขระของพื้นผิว (Ra) เพิ่มขึ้นเป็น 224 ± 22 นาโนเมตร ในระหว่างการหลอม อะตอมของคาร์บอนจะกระจายเข้าสู่ชั้น FeCoB ส่งผลให้มีขนาดเพิ่มขึ้น
ตัวอย่างสามตัวอย่างที่มีชั้น FeCoB หนา 100 นาโนเมตรถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 700, 800 และ 900°C ตามลำดับ เมื่อช่วงอุณหภูมิต่ำกว่า 700°C จะไม่มีพันธะที่สำคัญระหว่างเพชรกับ FeCoB และวัสดุจะถูกเอาออกน้อยมากหลังการบำบัดด้วยความร้อน การกำจัดวัสดุจะเพิ่มขึ้นจนถึงอุณหภูมิที่สูงกว่า 800 °C
เมื่ออุณหภูมิสูงถึง 900°C อัตราการแกะสลักจะเพิ่มขึ้นสองเท่าเมื่อเทียบกับอุณหภูมิ 800°C อย่างไรก็ตาม ลักษณะของบริเวณที่ถูกกัดจะแตกต่างอย่างมากจากลำดับการกัดแบบฝัง (FeCoB)
แผนผังแสดงการแกะสลักโซลิดสเตตเพื่อสร้างรูปแบบ: การแกะสลักโซลิดสเตตแบบคัดเลือกเชิงพื้นที่ของเพชรโดยใช้ FeCoB ที่มีลวดลายด้วยแสง เครดิตรูปภาพ: Van Z. และ Shankar MR และคณะ เพชรและวัสดุที่เกี่ยวข้อง
ตัวอย่าง FeCoB ที่มีความหนา 100 นาโนเมตรบนเพชรได้รับการประมวลผลที่ 800°C เป็นเวลา 30, 60 และ 90 นาที ตามลำดับ
ความหยาบ (Ra) ของพื้นที่แกะสลักถูกกำหนดเป็นฟังก์ชันของเวลาตอบสนองที่ 800°C ความแข็งของตัวอย่างหลังจากการอบอ่อนเป็นเวลา 30, 60 และ 90 นาทีคือ 186±28 นาโนเมตร, 203±26 นาโนเมตร และ 212±30 นาโนเมตร ตามลำดับ ด้วยความลึกของการกัดที่ 500, 800 หรือ 100 นาโนเมตร อัตราส่วน (RD) ของความหยาบของพื้นที่ที่ถูกแกะสลักต่อความลึกของการกัดคือ 0.372, 0.254 และ 0.212 ตามลำดับ
ความหยาบของพื้นที่แกะสลักจะไม่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเพิ่มความลึกของการแกะสลัก พบว่าอุณหภูมิที่ต้องการสำหรับปฏิกิริยาระหว่างเพชรกับ HM etchant อยู่ที่เกิน 700°C
ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่า FeCoB สามารถขจัดเพชรได้อย่างมีประสิทธิภาพในอัตราที่เร็วกว่า Fe หรือ Co เพียงอย่างเดียว
เวลาโพสต์: 31 ส.ค.-2023