Atskleistos itin plonų sluoksnių ypatybės

Visai neseniai prestižiniame žurnale „Science“ pasirodžiusiame straipsnyje aprašomi eksperimentai, kurie atskleidžia, jog itin plono sluoksnio (kalba eina apie nanometrus) susidarymas medžiagų sandūrose sumažina sandūros energiją, skatina priekibą ir didina sandūros stabilumą. Plonasis sluoksnis nėra įprastinė medžiagos būsena – tai nei skystis, nei kietasis kūnas, o greičiau kažkas tarpinio.

Gauti rezultatai gali leisti mokslininkams pagerinti ryšio, susidarančio tarp keraminių medžiagų ir metalų, slankumą, mat šios medžiagos „nemėgsta“ susisieti. Galima išvardinti keliolika realių taikymų, pradedant nuo metalo pjovimo įrankių, stabdžių kaladėlių, jungčių tarp laidų ir lustų kompiuteriuose ir baigiant apsauginės keramikos dangų reaktyvinių variklių mentėms.

„Iki pat dabar niekam nepavyko suprasti, kodėl šie plonieji sluoksniai egzistuoja, arba, ar jie yra laikinosios, ar pusiausvyrosios būsenos, – aiškina profesorius Veinas Kaplanas (Wayne Kaplan) iš Izraelio technologijos instituto. – Nors apie jų egzistavimą ties keraminių kristalų sandūromis arba ant ledo paviršiaus buvo žinoma, mokslininkai karštai ginčijosi dėl šio reiškinio priežasties ir jo savybių“.

Atlikęs daugybę eksperimentų, Moras Baramas (Mor Baram), vadovaujamas V. Kaplano, įrodė, jog plonasis sluoksnis egzistuoja metalų ir keraminių medžiagų sandūroje, o tai sumažina sandūros energiją.

„Šis reiškinys mums leidžia čiuožti pačiūžomis, aukštose temperatūrose susilpnina mechanines keraminių medžiagų savybes, paveikia modernių polikristalinių inžinerijos medžiagų kristalų morfologiją ir suteikia stabilumo moderniems mikroelektronikos įrenginiams“, – teigia profesorius.

Mokslininkai atliko novatoriškus eksperimentus, naudodami naują „Titan“ elektroninį mikroskopą ir sufokusuotą jonų pluoštą. Tyrėjai padengė safyrą plona (0,6 mikrono storio) aukso plėvele (palyginimui, plauko storis siekia 80 – 10 mikronų) ir kaitino bandinius tol, kol pasiekė pusiausvyros būvį (t. y., tol, kol aukso plėvelė suskilo į daugybę mažyčių aukso kristaliukų ant safyro paviršiaus). Kadangi ant safyro paviršiaus tyrėjai taip pat įterpė silicio ir kalcio, bandiniams pasiekus pusiausvyros būvį, kalcis ir silicis pasiskirstė aukso ir safyro sandūrose, todėl susiformavo plonas (1.2 nanometro storio) sluoksnis.

Tuomet mokslininkai galėjo išmatuoti aukso ir safyro tarpusavio ryšio energiją, kai tarp jų yra plonasis sluoksnis. Tai padarę, tyrėjai įrodė, jog plonasis sluoksnis sumažina sandūros energiją, todėl padidina stabilumą.