Metāla bipolāru plākšņu "oglekļa pārklājuma" tehnoloģijas īss apraksts

Protonu apmaiņas membrānas kurināmā elementos skarbo iekšējo apstākļu dēļ metāla bipolārās plāksnes var viegli korodēt un pasliktināt to darbību. Tāpēc uz to virsmām ir nepieciešams sagatavot funkcionālus pārklājumus, lai tie atbilstu veiktspējas un izturības prasībām. Pārklājumam parasti ir jābūt ar labu elektrovadītspēju, izcilu izturību pret koroziju, noteiktu hidrofilitāti un hidrofobitāti, labu savienojuma izturību un zemām izmaksām. Metāla bipolāro plākšņu kurināmā elementu izstrādes un maza mēroga tirgus pielietošanas posmos cēlmetāla pārklājumus plaši izmanto metāla bipolāro plākšņu virsmas modifikācijā, jo tiem ir zemas sagatavošanas grūtības, stabila veiktspēja un augsta tolerance pret kurināmā elementu darbības apstākļiem. Tomēr, kurināmā elementu nozarei pakāpeniski virzoties uz industrializāciju un mārketingu, pakāpeniski ir parādījušās augstās dārgmetālu pārklājumu izmaksas. Tāpēc daudzi pētnieki ir sākuši pētīt un izmēģināt citas materiālu sistēmas. Tostarp pārklājums uz oglekļa bāzes ir viens no materiāliem, ko var prognozēt izmantot, lai aizstātu dārgmetālu pārklājumus metāla bipolāru plākšņu virsmas modificēšanai.

Ogleklim ir daudz dažādu izmēru allotropu, piemēram, fullerēns, oglekļa nanocaurules, oglekļa nanošķiedras, grafēna loksnes, dimants utt. Četriem oglekļa valences elektroniem ir trīs elektronu hibrīda orbitālās īpašības: sp, sp2 un sp3, tāpēc katram no tiem ir ļoti atšķirīgi īpašības. Parasti grafīts sastāv no sp2 hibridizēta oglekļa. Tās ārējā slānī trīsstūrveida sp2 orbītā ir trīs elektroni, kas veido σ saiti, un ceturtais elektrons Pπ orbītā veido π saiti, kas ir perpendikulāra σ plaknei. Tāpēc grafītam ir dažādas īpašības. Anizotropā lamelārā struktūra. Šī struktūra nodrošina izcilu elektrovadītspēju, bet arī rada zemu mehānisko izturību; dimantam ir sp3 hibrīda struktūra, un četri oglekļa atoma valences elektroni ir atvēlēti uz tetraedru orientētu sp3 orbitāli, veidojot veidojumu ar blakus esošajiem atomiem. Spēcīga σ saite, kas nodrošina tai augstu pretestību, ķīmisko inerci un supercietību. Starp grafītu un dimantu atrodas viela, kas sastāv no sp2 un sp3 hibrīda struktūrām – amorfā oglekļa (aC).

Maiņstrāva, kas galvenokārt pastāv sp3 hibridizācijas veidā, ir ar dimantam līdzīgas īpašības, tāpēc to sauc par dimantam līdzīgu amorfo oglekli [1]. AC, kas sastāv no liela skaita sp2 hibrīdu struktūru, sauc par grafītam līdzīgu amorfo oglekli. maiņstrāvu var pagatavot ar dažādiem procesiem, un arī sagatavotā maiņstrāva ir dažāda. Gadu gaitā daudzi pētnieki ir veikuši plašus un padziļinātus pētījumus par maiņstrāvas sagatavošanu un veiktspējas optimizāciju, kas ir veicinājis šī materiāla strauju attīstību un panākumus iekārtās, pusvadītājos, medicīnas ierīcēs un citās pielietojuma jomās.

Metāla bipolāru plākšņu lietojumiem virsmas pārklājumam jābūt ne tikai ar labu vadītspēju, lai samazinātu kontakta pretestību, bet arī ar elektroķīmisko izturību pret koroziju, lai kavētu metāla jonu nogulsnēšanos skarbajā kurināmā elementu vidē. Tāpēc maiņstrāvas unikālās fizikālās un ķīmiskās īpašības ļoti atbilst metāla bipolāru plākšņu pārklājumu pielietojuma prasībām. Maiņstrāvas mikrostrukturālo sastāvu var pielāgot, izmantojot dažādus sagatavošanas procesus un parametru nosacījumus, tādējādi mainot tā cietību, ķīmisko inerci, vadītspēju un citas īpašības, lai atbilstu metāla bipolāro plākšņu tehniskajām prasībām.

Pateicoties vakuuma tehnoloģiju straujajai attīstībai, tagad ir dažādas maiņstrāvas sagatavošanas metodes. Ir integrētas un viena no otras apgūtas dažādas sagatavošanas metodes, lai attīstītu tehniskās nozares ar atšķirīgām īpašībām. Visizplatītākie un tipiskākie ir šādi:

Magnetronu izsmidzināšana ir PVD pārklāšanas metode, kas izmanto magnētisko lauku, lai palielinātu izsmidzināšanas gāzes jonizācijas ātrumu, lai palielinātu izsmidzināšanas ražīgumu. Tā ir izgājusi cauri daudzām optimizācijām un atvasinājusi virkni līdzsvarotu, nelīdzsvarotu, maiņstrāvas, impulsu uc Ar šo metodi sagatavotajam plēves slānim parasti ir labs blīvums un līdzenums, un tas var noturēt substrātu salīdzinoši zemā temperatūrā pārklājuma procesā, kas ne tikai uzlabo ražošanas efektivitāti, bet arī samazina pamatnes radītā siltuma ietekmi uz plēvi. slānis. Negatīva ietekme uz organizāciju.

Plazmas uzlabotā ķīmiskā tvaiku pārklāšana (PECVD) ir tvaiku pārklāšanas tehnoloģija, kas ievada zemas temperatūras plazmu CVD sistēmā. Tā kā plazmas klātbūtne uzlabo reaģējošo vielu ķīmisko aktivitāti, tādējādi samazinot plēves veidošanās temperatūru un palielinot reakcijas ātrumu. Che et al. sagatavoja ūdeņradi saturošu amorfu oglekļa plēvi, ko var uzklāt uz bipolārām plāksnēm, izmantojot PECVD. Nogulsnēšanās ātrums var būt gandrīz 40 nm/min, vienlaikus nodrošinot veiktspēju, nodrošinot augstu sagatavošanas efektivitāti.

Jonu pārklāšana galvenokārt ir sadalīta divās kategorijās: iztvaikošanas jonu pārklāšana un izsmidzināšanas jonu pārklāšana. Tā ir tehnoloģija, kas jonizē pārklājuma materiālus un uzklāj tos uz pamatnes virsmas. Augstas enerģijas jonu bombardēšana var ne tikai veidot pseidodifūzijas slāni pie plēves/substrāta saskarnes, uzlabojot savienojuma stiprību, bet arī radīt augsta blīvuma defektus uz substrāta virsmas, ievērojami palielinot kodolu blīvumu un palielinot plēves veidošanās ātrums.

Maiņstrāva jau ir panākusi samērā nobriedušu pētījumu progresu metāla bipolāru plākšņu pārklājumu pielietošanā. Yu et al. sagatavota maiņstrāva uz 316L nerūsējošā tērauda, ​​izmantojot impulsa slīpo jonu pārklājumu. Tā kā pastāv liels skaits sp2 klasteru, tiek nodrošināts elektronu migrācijas ceļš, kas būtiski samazina matricas kontakta pretestību. Tomēr, ņemot vērā iekšējā sprieguma uzkrāšanos plēvē un termiskā sprieguma ietekmi sagatavošanas procesā, maiņstrāvas membrānas, kas vienkārši sagatavotas uz metāla bipolāru plākšņu virsmas, ir pakļautas plaisāšanai un nokrišanai, kas apgrūtina augstu izturības prasību izpildi. praktiskajos lietojumos. Tāpēc daudzi cilvēki ir veikuši mērķtiecīgus pētījumus, lai samazinātu spriedzi membrānā un uzlabotu membrānas pamatnes savienojuma izturību.

Metāla pārejas slāņa sagatavošana un metāla atomu dopings, lai uzlabotu savienošanas spēku, ir viens no acīmredzamākajiem veidiem. Metāla atomu ieviešana samazinās spriegumu, cietību un Younga moduli plēvē. Daži pētnieki pirms oglekļa plēves sagatavošanas sagatavoja W pārejas slāni uz substrāta virsmas un salīdzināja oglekļa plēvi, kas satur W slāni, ar tīru oglekļa plēves paraugu. Rezultāti liecina, ka oglekļa plēves paraugam ar W pārejas slāni ir labāka savienojuma izturība

                                                                              Maiņstrāvas plēves nano-skrāpējumu testa rezultāti

Pateicoties īpašajai maiņstrāvas mikrostruktūrai, oglekļa plēves sistēmā var pastāvēt ne tikai sp2 un sp3 saites, bet arī ļaut leģēt citus elementu atomus. Jo īpaši dažādu veidu un koncentrāciju metāla atomu dopings ievērojami palīdzēs kontrolēt dažādu hibrīdsaišu saturu oglekļa plēvē. Leģētie metāli var pastāvēt karbīdu, metālu kopu un metālu oksīdu veidā. Dažādas eksistences formas Tas arī piešķir oglekļa plēvei atšķirīgu sniegumu. Piemēram, Li et al. izmantoja līdzstrāvas līdzsvarotu magnetronu izsmidzināšanas tehnoloģiju, lai sagatavotu maiņstrāvas plēves ar dažādu Ti-leģētu daudzumu uz 316L nerūsējošā tērauda pamatnēm. Ti dopings ievērojami uzlabo maiņstrāvas plēves struktūru, novērš liela mēroga kolonnu kristālu augšanu un palielina plēves slāņa blīvumu. Ti atomu ieviešana veicina maiņstrāvas plēves sp2 hibridizāciju, un Ti dopinga daudzuma palielināšana veicinās karbīdu veidošanos, kas būtiski uzlabos plēves vadošās īpašības.

                                                                       Maiņstrāvas plēves šķērsgriezums pēc Ti dopinga

Parasti leģēto metālu klātbūtne maiņstrāvas plēvēs ir atšķirīga, galvenokārt metāla dopinga daudzuma ietekmes dēļ. Džans izmantoja slēgta lauka nelīdzsvara magnetronu izsmidzināšanas tehnoloģiju, lai sagatavotu maiņstrāvas plēves ar dažādu Ag un Cr dopinga daudzumu uz 316L virsmas. Tā kā mīksto metālu fāzes Ag klātbūtne palielina nogulsnēto atomu difūzijas pakāpi, palielinoties Ag iekļaušanas koncentrācijai, oglekļa plēves virsmas morfoloģijas sadalījums pakāpeniski kļūst vienmērīgs, un Ag pakāpeniski aug klasteru agregācijas veidā. Kad Cr ir leģēts un sasniedz noteiktu koncentrāciju, Cr karbīda nanokristāli nogulsnēs plēvē, izraisot izmēra saraušanos tuvējā apgabalā, lai panāktu plēves blīvuma veicināšanas efektu. Ne tikai tas, ka Ag un Cr kopdopings var ievērojami uzlabot Ramana ID / IG, kas ne tikai palielina sp2 attiecību plēvē, bet arī padara sp2 saites konfigurāciju kompaktāku.

                                                   AC plēves morfoloģija dažādās Ag un Cr dopinga koncentrācijās

Tomēr tas nenozīmē, ka jo lielāka dopinga elementu koncentrācija, jo labāks ir filmas kopējais sniegums. Lai gan augstas koncentrācijas Ag dopings palielinās elektronu pārraides ceļu plēves slānī, iegultās lielizmēra Ag kopas kļūs par preferenciālu korozijas zonu, nodrošinot ceļu elektrolītam izplatīties plēves slānī. Sakarā ar Ag nanoklasteru izšķīšanu un Cr oksīda veidošanos, ICR pieaugs pēc potenciostatiskās polarizācijas.

                                                                       ICR izmaiņas pēc korozijas izturības testa

Metāla bipolāru plākšņu veiktspējas uzlabošanai ir daudz procesu, pielāgojot amorfo oglekļa pārklājumu struktūru, un visi smagi strādā, lai tos izstrādātu un izmēģinātu vairākos virzienos. Tomēr liela mēroga komerciālu lietojumu galvenais jautājums vienmēr ir bijis, kā uzlabot bipolāro plākšņu kalpošanas laiku, vienlaikus samazinot izmaksas. Ehisen ir arī veicis daudzus pētījumus un pārbaudes iepriekšminētajos aspektos, un tam ir pilnīga bipolāro plākšņu novērtēšanas sistēma. Padziļināti sazinoties un sadarbojoties ar piegādātājiem, Ehisen izstrādā augstas veiktspējas metāla bipolāru plākšņu komponentus. Pašlaik jaunākās Ehisen izmantotās metāla bipolārās plāksnes, kas pārklātas ar oglekli, ir izturējušas visaptverošu veiktspējas pārbaudi un stingru tiešsaistes izturības pārbaudi, un tās ir pietiekamas, lai nodrošinātu vairāk nekā 20 000 stundu ilgumu. Jaunas paaudzes ar oglekli pārklātu metāla bipolāru plākšņu pielietošana ne tikai uzlabo skursteņa veiktspēju uz sākotnējā pamata, bet arī ievērojami samazina skursteņa izmaksas.

Metāla bipolāra plāksne uz titāna bāzes

Tīra titāna bipolārā plāksne

Noklikšķiniet uz produkta nosaukuma, lai uzzinātu vairāk par produktiem!