211service.com
Zpětné tání
Představte si zimní den s ledem proskleným na každém chodníku a větvi stromu v dohledu. Pak teplota prudce klesne a led začne tát. Led se tak samozřejmě nikdy nechová. Některé materiály se však při ochlazování skutečně mění z pevných na kapalné, což je jev známý jako retrográdní tání. Tým z MIT nyní pozoroval tento bizarní, zpětně se zdájící proces u jednoho z nejběžnějších a nejužitečnějších materiálů kolem nás: křemíku, prvku používaného k výrobě většiny solárních článků a počítačových čipů.
Jiný druh tání Malý křemíkový čip (svítící oranžový čtverec ve středu tohoto speciálního topného zařízení), který byl přesycen kovovými nečistotami, prochází po zahřátí zpětným tavením a poté velmi pomalu ochlazen.
Křemík běžně taje při 1414 °C. Vědci však zjistili, že křemíkový plátek kontaminovaný malým množstvím mědi, niklu a železa vytvořil při ochlazení pod 900 °C rozbředlou směs pevného a kapalného materiálu. Při těchto teplotách je možné pozorovat chování křemíku během tavení pomocí specializované rentgenové fluorescenční mikrosondy. Objev má některé potenciálně praktické důsledky a může vést k užitečným novým metodám čištění materiálu.
Nález byl popsán v článku zveřejněném letos v Pokročilé materiály Tonio Buonassisi, odborný asistent strojního inženýrství a výroby, spolu se Stevem Hudelsonem, SM ‘09, a postdoktorandkou Bonnou Newman, PhD ‘08.
Nejprve rozptýlili měď, nikl a železo do čistého křemíku a směs zahřáli na 1 140 °C, což je hluboko pod bodem tání křemíku, ale dostatečně horké, aby se vytvořil roztok kovů v křemíku. Rychlé ochlazení směsi zanechalo křemík přesycený – to znamená, že obsahoval více rozpuštěného kovu, než by bylo normálně možné, stejně jako soda v láhvi obsahuje více oxidu uhličitého, než by kapalina pojala při běžném tlaku mimo láhev. Když však vědci materiál znovu zahřáli a nechali jej vychladnout pomaleji, uprostřed pevného materiálu se vytvořily kapičky kovu a křemíku. Narazíte na bod, kde vyvoláte srážení, a to nemá jinou možnost, než se vysrážet v kapalné fázi, říká Buonassisi.
Výzkumníci zjistili, že nečistoty – v tomto případě přidaná měď, nikl a železo, což jsou hlavní nečistoty, které se běžně vyskytují v křemíku – mají tendenci migrovat do kapaliny. Využití tohoto jevu by mohlo umožnit použití levnějších druhů křemíku pro zařízení, jako jsou solární články, protože materiál by mohl být během výrobního procesu čištěn. Pokud dokážete vytvořit malé kapičky kapaliny uvnitř bloku křemíku, říká Buonassisi, slouží jako malé vysavače k vysávání nečistot. Kapičky poté ztuhnou, zadrží koncentrované nečistoty a zbytek materiálu zůstane čistší.