دھاتی دوئبرووی پلیٹوں کے لیے "کاربن کوٹنگ" ٹیکنالوجی کی مختصر تفصیل

پروٹون ایکسچینج جھلی کے ایندھن کے خلیوں میں، سخت اندرونی حالات کی وجہ سے، دھاتی دوئبرووی پلیٹیں اپنی کارکردگی کو زائل کرنے اور خراب کرنے کے لیے سیدھی ہوتی ہیں۔ لہذا، کارکردگی اور استحکام کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے ان کی سطحوں پر فنکشنل کوٹنگز تیار کرنا ضروری ہے۔ کوٹنگ کے لیے عام طور پر اچھی برقی چالکتا، بہترین سنکنرن مزاحمت، مخصوص ہائیڈرو فیلیسیٹی اور ہائیڈرو فوبیسٹی، اچھی بانڈنگ طاقت اور کم قیمت کی ضرورت ہوتی ہے۔ دھاتی بائپولر پلیٹ فیول سیل کی نشوونما اور چھوٹے پیمانے پر مارکیٹ ایپلی کیشن کے مراحل میں، دھاتی دوئبرووی پلیٹوں کی سطح میں ترمیم کرنے میں ان کی کم تیاری کی دشواری، مستحکم کارکردگی، اور فیول سیل آپریٹنگ حالات میں اعلیٰ رواداری کی وجہ سے نوبل میٹل کوٹنگز بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہیں۔ تاہم، جیسے جیسے فیول سیل انڈسٹری بتدریج صنعت کاری اور مارکیٹائزیشن کی طرف بڑھ رہی ہے، قیمتی دھات کی ملمع کاری کی اعلیٰ قیمت آہستہ آہستہ سامنے آئی ہے۔ لہذا، بہت سے محققین نے دوسرے مادی نظاموں کو تلاش کرنا اور آزمانا شروع کر دیا ہے۔ ان میں سے، کاربن پر مبنی کوٹنگ ان مواد میں سے ایک ہے جو ممکنہ طور پر دھاتی دوئبرووی پلیٹوں کی سطح میں ترمیم کے لیے قیمتی دھات کی کوٹنگز کو تبدیل کرنے کے لیے استعمال کی جا سکتی ہے۔

کاربن میں مختلف جہتوں کے ساتھ بہت سے ایلوٹروپس ہوتے ہیں، جیسے فلرین، کاربن نانوٹوبس، کاربن نانوفائبرز، گرافین شیٹس، ڈائمنڈ وغیرہ۔ کاربن کے چار والینس الیکٹرانوں میں تین الیکٹران ہائبرڈ مداری خصوصیات ہیں: sp، sp2 اور sp3، لہذا ہر ایک بہت مختلف ہے۔ خواص عام طور پر، گریفائٹ sp2 ہائبرڈائزڈ کاربن پر مشتمل ہوتا ہے۔ اس کی سب سے بیرونی تہہ میں مثلث sp2 مدار میں تین الیکٹران ہوتے ہیں جو σ بانڈ بناتے ہیں، اور Pπ مدار میں چوتھا الیکٹران σ جہاز پر کھڑا ایک π بانڈ بناتا ہے۔ لہذا، گریفائٹ مختلف خصوصیات ہیں. انیسوٹروپک لیمیلر ڈھانچہ۔ یہ ڈھانچہ اسے بہترین برقی چالکتا دیتا ہے، لیکن اس کے نتیجے میں میکانکی طاقت بھی کم ہوتی ہے۔ ہیرے کا ایک sp3 ہائبرڈ ڈھانچہ ہے، اور کاربن ایٹم کے چار ویلنس الیکٹران ٹیٹراہیڈرون پر مبنی sp3 مدار میں مختص ہوتے ہیں، جو ملحقہ ایٹموں کے ساتھ ایک شکل بناتے ہیں۔ مضبوط σ بانڈ، جو اسے اعلیٰ مزاحمت، کیمیائی جڑتا اور انتہائی سختی دیتا ہے۔ گریفائٹ اور ہیرے کے درمیان، sp2 اور sp3 ہائبرڈ ڈھانچے پر مشتمل ایک مادہ ہے - بے ساختہ کاربن (aC)۔

AC، جو بنیادی طور پر sp3 ہائبرڈائزیشن کی شکل میں موجود ہے، اس میں ہیرے جیسی خصوصیات ہیں، اس لیے اسے ہیرے کی طرح بے ساختہ کاربن کہا جاتا ہے [1]۔ SP2 ہائبرڈ ڈھانچے کی ایک بڑی تعداد پر مشتمل aC کو گریفائٹ نما امورفوس کاربن کہا جاتا ہے۔ اے سی کو مختلف عمل سے تیار کیا جا سکتا ہے، اور تیار کردہ اے سی بھی متنوع ہے۔ کئی سالوں کے دوران، بہت سے محققین نے اے سی کی تیاری اور کارکردگی کو بہتر بنانے پر وسیع اور گہرائی سے تحقیق کی ہے، جس نے مشینری، سیمی کنڈکٹرز، طبی آلات اور دیگر ایپلی کیشن کے شعبوں میں اس مواد کی تیز رفتار ترقی اور کامیابی کو فروغ دیا ہے۔

دھاتی دوئبرووی پلیٹ ایپلی کیشنز کے لیے، سطح کی کوٹنگ میں رابطے کی مزاحمت کو کم کرنے کے لیے نہ صرف اچھی چالکتا ہونا چاہیے، بلکہ سخت فیول سیل ماحول میں دھاتی آئنوں کی بارش کو روکنے کے لیے الیکٹرو کیمیکل سنکنرن مزاحمت بھی ہونی چاہیے۔ لہذا، اے سی کی منفرد طبعی اور کیمیائی خصوصیات دھاتی دوئبرووی پلیٹ کوٹنگز کے اطلاق کی ضروریات کے ساتھ بہت مطابقت رکھتی ہیں۔ اے سی کی مائیکرو اسٹرکچرل کمپوزیشن کو تیاری کے مختلف عملوں اور پیرامیٹر کی شرائط کے ذریعے ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے، اس طرح دھاتی دوئبرووی پلیٹوں کی تکنیکی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے اس کی سختی، کیمیائی جڑت، چالکتا اور دیگر خصوصیات کو تبدیل کیا جا سکتا ہے۔

ویکیوم ٹیکنالوجی کی تیز رفتار ترقی کی بدولت، اب اے سی کی تیاری کے مختلف طریقے موجود ہیں۔ مختلف خصوصیات کے ساتھ تکنیکی شاخیں تیار کرنے کے لیے تیاری کے مختلف طریقوں کو مربوط اور ایک دوسرے سے سیکھا گیا ہے۔ سب سے عام اور عام درج ذیل ہیں:

Magnetron sputtering ایک PVD کوٹنگ کا طریقہ ہے جو پھٹنے والی گیس کی آئنائزیشن کی شرح کو بڑھانے کے لیے مقناطیسی فیلڈ کا استعمال کرتا ہے تاکہ پھوٹنے والی پیداوار کو بڑھایا جا سکے۔ یہ بہت سے اصلاحوں سے گزرا ہے اور متوازن، غیر متوازن، AC، نبض وغیرہ کی ایک سیریز حاصل کی ہے۔ تکنیکی شاخ، حالیہ برسوں میں یہ دھاتی دوئبرووی پلیٹ کوٹنگ میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوئی ہے۔ اس طریقے سے تیار کی جانے والی فلم کی تہہ میں عام طور پر اچھی کثافت اور چپٹا پن ہوتا ہے، اور کوٹنگ کے عمل کے دوران سبسٹریٹ کو نسبتاً کم درجہ حرارت پر رکھا جا سکتا ہے، جس سے نہ صرف پیداواری کارکردگی بہتر ہوتی ہے، بلکہ فلم پر سبسٹریٹ سے پیدا ہونے والی حرارت کے اثرات کو بھی کم کیا جاتا ہے۔ پرت تنظیم پر منفی اثرات۔

پلازما سے بڑھا ہوا کیمیائی بخارات جمع (PECVD) بخارات جمع کرنے والی ایک ٹیکنالوجی ہے جو CVD نظام میں کم درجہ حرارت والے پلازما کو متعارف کراتی ہے۔ کیونکہ پلازما کی موجودگی رد عمل کرنے والے مادوں کی کیمیائی سرگرمی کو بڑھاتی ہے، اس طرح فلم بنانے والے درجہ حرارت کو کم کرتی ہے اور رد عمل کی شرح میں اضافہ کرتی ہے۔ Che et al. ایک ہائیڈروجن پر مشتمل بے ساختہ کاربن فلم تیار کی جسے PECVD کے ذریعے دوئبرووی پلیٹوں پر لگایا جا سکتا ہے۔ کارکردگی کو یقینی بناتے ہوئے، تیاری کی اعلی کارکردگی کو یقینی بناتے ہوئے جمع کرنے کی شرح تقریباً 40 nm/منٹ ہو سکتی ہے۔

آئن چڑھانا بنیادی طور پر دو اقسام میں تقسیم کیا جاتا ہے: وانپیکرن آئن چڑھانا اور سپٹرنگ آئن چڑھانا۔ یہ ایک ٹیکنالوجی ہے جو کوٹنگ کے مواد کو آئنائز کرتی ہے اور انہیں سبسٹریٹ کی سطح پر جمع کرتی ہے۔ ہائی انرجی آئنوں کی بمباری نہ صرف فلم/سبسٹریٹ انٹرفیس پر ایک چھدم بازی کی تہہ بنا سکتی ہے، جس سے بانڈنگ کی مضبوطی بہتر ہوتی ہے، بلکہ سبسٹریٹ کی سطح پر اعلی کثافت کے نقائص بھی پیدا ہوتے ہیں، جس سے نیوکلیشن کثافت میں بہت زیادہ اضافہ ہوتا ہے۔ فلم بنانے کی رفتار۔

AC نے دھاتی دوئبرووی پلیٹ کوٹنگز کے اطلاق میں پہلے ہی نسبتاً پختہ تحقیقی پیشرفت کی ہے۔ یو وغیرہ۔ پلس بائیس آئن چڑھانا کے ذریعے 316L سٹینلیس سٹیل پر تیار کردہ اے سی۔ بڑی تعداد میں ایس پی 2 کلسٹرز کی موجودگی کی وجہ سے، الیکٹران کی منتقلی کا راستہ فراہم کیا جاتا ہے، جو میٹرکس کے رابطے کی مزاحمت کو نمایاں طور پر کم کرتا ہے۔ تاہم، فلم میں اندرونی تناؤ کے جمع ہونے اور تیاری کے عمل کے دوران تھرمل تناؤ کے اثر و رسوخ کی وجہ سے، دھاتی دوئبرووی پلیٹوں کی سطح پر آسانی سے تیار کردہ AC جھلیوں کے ٹوٹنے اور گرنے کا خطرہ ہوتا ہے، جس کی وجہ سے پائیداری کی اعلیٰ ضروریات کو پورا کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔ عملی ایپلی کیشنز میں. لہذا، بہت سے لوگوں نے جھلی کے اندر کشیدگی کو کم کرنے اور جھلی کی بنیاد کی مضبوطی کو بہتر بنانے پر توجہ مرکوز کی ہے.

دھات کی منتقلی کی تہہ کی تیاری اور بانڈنگ فورس کو بہتر بنانے کے لیے دھاتی ایٹموں کو ڈوپ کرنا زیادہ واضح طریقوں میں سے ایک ہے۔ دھاتی ایٹموں کا تعارف فلم کے اندر دباؤ، سختی اور ینگز ماڈیولس کو کم کرے گا۔ کچھ محققین نے کاربن فلم کی تیاری سے پہلے سبسٹریٹ کی سطح پر ایک ڈبلیو ٹرانزیشن پرت تیار کی، اور ڈبلیو پرت پر مشتمل کاربن فلم کا خالص کاربن فلم کے نمونے سے موازنہ کیا۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ ڈبلیو ٹرانزیشن لیئر کے ساتھ کاربن فلم کا نمونہ بہتر بانڈنگ طاقت رکھتا ہے۔

                                                                              اے سی فلم کے نینو سکریچ ٹیسٹ کے نتائج

اے سی کے خصوصی مائیکرو اسٹرکچر کی وجہ سے، نہ صرف sp2 اور sp3 بانڈز کاربن فلم سسٹم میں ایک ساتھ رہ سکتے ہیں، بلکہ دوسرے عنصر کے ایٹموں کو بھی ڈوپ کرنے کی اجازت دیتے ہیں۔ خاص طور پر، دھات کے ایٹموں کی مختلف اقسام اور ارتکاز کو ڈوپ کرنے سے کاربن فلم میں مختلف ہائبرڈ بانڈز کے مواد کو کنٹرول کرنے میں نمایاں مدد ملے گی۔ ڈوپڈ دھاتیں کاربائڈز، میٹل کلسٹرز اور میٹل آکسائیڈ کی شکل میں موجود ہوسکتی ہیں۔ وجود کی مختلف شکلیں یہ کاربن فلم کو مختلف پرفارمنس بھی دیتی ہے۔ مثال کے طور پر، لی وغیرہ۔ 316L سٹینلیس سٹیل سبسٹریٹس پر مختلف Ti-doped مقداروں کے ساتھ aC فلمیں تیار کرنے کے لیے DC متوازن میگنیٹران سپٹرنگ ٹیکنالوجی کا استعمال کیا۔ ٹائی ڈوپنگ AC فلم کی ساخت کو نمایاں طور پر بہتر بناتی ہے، بڑے پیمانے پر کالمی کرسٹل کی نشوونما سے بچتی ہے، اور فلم کی پرت کی کثافت کو بڑھاتی ہے۔ Ti ایٹموں کا تعارف AC فلم کے sp2 ہائبرڈائزیشن کو فروغ دیتا ہے، اور Ti ڈوپنگ کی مقدار میں اضافہ کاربائڈز کی تشکیل کو فروغ دے گا، جو فلم کی ترسیلی خصوصیات کو نمایاں طور پر بہتر بنائے گا۔

                                                                       ٹی ڈوپنگ کے بعد اے سی فلم کا کراس سیکشن

عام طور پر، اے سی فلموں میں ڈوپڈ دھاتوں کی موجودگی مختلف ہوتی ہے، بنیادی طور پر دھاتی ڈوپنگ کی مقدار کے اثر و رسوخ کی وجہ سے۔ ژانگ نے 316L سطح پر مختلف Ag اور Cr ڈوپنگ کی مقدار کے ساتھ aC فلموں کو تیار کرنے کے لیے بند فیلڈ نان متوازن میگنیٹران سپٹرنگ ٹیکنالوجی کا استعمال کیا۔ چونکہ نرم دھاتی مرحلے Ag کی موجودگی جمع شدہ ایٹموں کے پھیلاؤ کی ڈگری کو بڑھاتی ہے، جیسا کہ Ag incorporation concentration میں اضافہ ہوتا ہے، کاربن فلم کی سطحی شکل کی تقسیم آہستہ آہستہ یکساں ہوتی جاتی ہے، اور Ag بتدریج کلسٹر جمع کی شکل میں بڑھتا ہے۔ جب Cr کو ڈوپ کیا جاتا ہے اور ایک خاص ارتکاز تک پہنچ جاتا ہے، Cr کاربائیڈ نانو کرسٹلز فلم میں تیز ہو جائیں گے، جس سے فلم کی کثافت کو فروغ دینے کے اثر کو حاصل کرنے کے لیے قریبی علاقے میں سائز سکڑ جائے گا۔ صرف یہی نہیں، Ag اور Cr کی کو-ڈوپنگ سے Raman کے ID/IG کو نمایاں طور پر بہتر بنایا جا سکتا ہے، جو نہ صرف فلم میں sp2 کا تناسب بڑھاتا ہے، بلکہ sp2 بانڈ کی ترتیب کو بھی زیادہ کمپیکٹ بناتا ہے۔

                                                   مختلف Ag اور Cr ڈوپنگ ارتکاز کے تحت اے سی فلم کی مورفولوجی

تاہم، اس کا یہ مطلب نہیں ہے کہ ڈوپنگ عناصر کا ارتکاز جتنا زیادہ ہوگا، فلم کی مجموعی کارکردگی اتنی ہی بہتر ہوگی۔ اگرچہ اعلی ارتکاز Ag ڈوپنگ فلم کی تہہ میں الیکٹران کی ترسیل کے راستے میں اضافہ کرے گا، بڑے سائز کے Ag کلسٹرز ایمبیڈڈ ایک ترجیحی سنکنرن زون بن جائیں گے، جو الیکٹرولائٹ کو فلم کی تہہ میں پھیلنے کا راستہ فراہم کرے گا۔ اور Ag nanoclusters کے تحلیل ہونے اور Cr آکسائیڈ کی نسل کی وجہ سے، ICR پوٹینیوسٹیٹک پولرائزیشن کے بعد بڑھے گا۔

                                                                       سنکنرن مزاحمت کے ٹیسٹ کے بعد ICR میں تبدیلی آتی ہے۔

بے کار کاربن کوٹنگز کی ساخت کو ایڈجسٹ کرکے دھاتی دوئبرووی پلیٹوں کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے بہت سے عمل ہیں، اور ہر کوئی ان کو تیار کرنے اور متعدد سمتوں میں آزمانے کے لیے سخت محنت کر رہا ہے۔ تاہم، اخراجات کو کم کرتے ہوئے دوئبرووی پلیٹوں کی زندگی کو کیسے بہتر بنایا جائے، بڑے پیمانے پر تجارتی ایپلی کیشنز کے لیے ہمیشہ بنیادی مسئلہ رہا ہے۔ Ehisen نے مندرجہ بالا پہلوؤں میں کافی تحقیق اور تصدیق بھی کی ہے، اور اس کے پاس ایک مکمل دو قطبی پلیٹ کی تشخیص کا نظام ہے۔ فراہم کنندگان کے ساتھ گہرائی سے رابطے اور تعاون کے ذریعے، Ehisen اعلی کارکردگی والے دھاتی دو قطبی پلیٹ کے اجزاء تیار کرتا ہے۔ فی الحال، Ehisen کی طرف سے لاگو کردہ تازہ ترین کاربن لیپت دھاتی بائی پولر پلیٹس نے جامع کارکردگی کی جانچ اور سخت آن لائن پائیداری کی جانچ پاس کی ہے، اور 20،000 گھنٹے سے زیادہ کی اسٹیک آپریٹنگ زندگی کو سہارا دینے کے لیے کافی ہیں۔ کاربن لیپت دھاتی دو قطبی پلیٹوں کی نئی نسل کا اطلاق نہ صرف اصل بنیاد پر اسٹیک کی کارکردگی کو بہتر بناتا ہے بلکہ اسٹیک کی قیمت کو بھی بہت کم کرتا ہے۔

ٹائٹینیم پر مبنی دھاتی بائپولر پلیٹ

خالص ٹائٹینیم بائپولر پلیٹ

مصنوعات کے بارے میں مزید جاننے کے لیے پروڈکٹس کے نام پر کلک کریں!