グラフェンとダイヤモンドを組み合わせて、粉砕性能を強くします

最近、上海ジアオトン大学のシェンビン教授の研究グループは、高性能研磨剤の分野で重要な進歩を遂げました。研究グループは、トップメカニカルジャーナル「International Journal of Machine Tools and Manufacture」に「前例のない摩耗抵抗性と研磨性パフォーマンスを備えたダイヤモンド研磨剤に関するグラフェンを共有結合して装飾するグラフェン」というタイトルの研究論文を発表しました。グラフェンを使用して共有結合を備えたダイヤモンド研磨剤を使用することにより、グループは伝統的な研磨剤の物理的パフォーマンス限界のブレークスルーを初めて達成しました。この研究は、従来の研磨剤の耐摩耗性と研磨性能を向上させるだけでなく、液体金属触媒に基づいた微小/ナノ粒子表面の現場修飾のための新しい技術的ソリューションも提供します。

 

1.光沢のある新世代の半導体の研磨が問題になっています

 

半導体材料は、現代産業の「食物」として知られています。それらは電子デバイス製品のコア材料であり、ハイテク情報技術の急速な発展を促進しています。シリコンとゲルマニウム、アルセニドガリウム、リン化インジウムは、半導体材料の最初の2世代であるため、物理的特性の多くの制限により、高電圧、高頻度、高出力デバイスの調製には適していません。高温、高頻度、高出力、強い放射などの極端な環境で安定して動作できる電子デバイスが現在需要があります。これに関連して、ダイヤモンドや炭化シリコンなどの新世代の半導体は、世界中の国々の研究の焦点となっています。

 

シリコン炭化物（SIC）には、ワイドバンドギャップ、高い熱伝導率、高い分解電界、高い電子飽和漂流率、優れた熱安定性などの物理的特性があり、安定した化学特性と強い耐食性があります。これらの優れた特性のため、炭化シリコンは、高温、高圧、高頻度、核エネルギー、軍事産業、航空宇宙などの高出力などの極端な環境で広く使用されています。

また、ダイヤモンドは、優れた機械的、電気的、熱的、光学的特性のために特別な注目を集めており、「究極の半導体」とも呼ばれています。

炭化シリコン、ダイヤモンド、その他の材料には、硬度、高い脆性、強力な化学的不活性の特性があり、表面処理も大きな問題になります。同時に、高い研磨品質と高い研磨速度を同時に確保することは困難です。

 

現在、半導体ウェーハの平坦化は、化学機械的研磨技術によって達成されており、研磨液の研磨粒子の切断と研磨を通じて研磨する目的を達成しています。研磨剤は、このプロセスにおける機械的作用の主要キャリアであり、その種類の物理的および化学的特性は、研磨効果に重要な影響を及ぼします。炭化シリコンやダイヤモンドなどの硬い材料の場合、SIO2やCEO2などの従来の柔らかい研磨剤は明らかに弱いです。現在、ダイヤモンド研磨剤の使用がより研究されています。ただし、従来のダイヤモンド研磨剤は、耐摩耗性と材料除去の品質が限られているため、スーパーハード材料表面の効率的かつ正確な研磨のニーズを満たすことが困難です。

ダイヤモンドの「研削力」をさらに良くする方法は？

 

2。グラフェンとダイヤモンドが力を合わせます！

ダイヤモンドは非常に硬い研磨剤であり、詳しく説明されません。グラフェンは、SP2ハイブリダイゼーションにおける炭素原子によって形成されるハニカム型の2次元炭素ナノ材料です。この小説的でユニークな素材は、その発見以来、世界中の研究ホットスポットになりました。グラフェンの構造は非常に安定しており、機械的特性は非常に高く、非常に高く固有の強度と面内摩耗抵抗があります。グラフェンとダイヤモンドの研磨剤の組み合わせは、パフォーマンスのさらなるブレークスルーを実現できますか？

多くの人々は、グラフェンとダイヤモンドの不均一な組み合わせも研究しています。主な方法には、伝達方法、化学蒸気堆積（CVD）、金属触媒などが含まれます。転送方法は、グラフェンをダイヤモンドの表面に物理的に移すことです。高品質のグラフェンは、高度な指向のグラファイトまたは化学蒸気堆積からの機械的剥離によって得られます。転送方法の手順は比較的複雑であり、グラフェン膜の欠陥は移動プロセス中に簡単に発生し、それによりグラフェンの性能に影響を与えます。同時に、転送方法には、ダイヤモンド表面の粗さに高い要件があります。移動後、グラフェン膜とダイヤモンドは弱いファンデルワールスの力によってのみ接続されており、グラフェンは簡単に落ちることができ、機械的研磨アプリケーションの要件を満たすことができません。

液体金属ガリウムを使用してダイヤモンド表面の位相変化を触媒するか、レーザー機械的カップリング調製方法を使用すると、ダイヤモンド表面に共有結合界面を備えたグラフェンシートの現場調製を実現できますが、この方法は現在、平面にのみ適用可能であり、複数のレベルとサーフェスの粒子を準備するニーズを満たすことはできません。

 

この問題に対応して、上海ジアオトン大学のシェンビン教授の研究グループは、微小液体金属ガリウムとすぐにコーティングされたダイヤモンド粒子をその場でコーティングし、それによってダイヤモンド粒子の複数の表面で存在するグラフェンの成長とバッチ調製物を達成します。この「細胞」懸濁液浸潤戦略は、キログラムレベルのグラフェンダイヤモンド共有共有不均一粒子の調製を実現できます。従来のダイヤモンド研磨剤と比較して、この新しいタイプの研磨剤は、超硬性半導体材料（ダイヤモンド、シリコン炭化物など）の研磨プロセスにおける研磨効率が高く、研磨品質が高く、その原子レベルの材料除去率は、従来のダイヤモンド廃棄物の5倍です。

 

このブレークスルーは、スーパーハード半導体の効率的で損傷のない研磨を達成するための革新的な技術的ソリューションを提供します。さらに、この大きな特定の表面積と優れた界面強度を備えたこの多機能粉末材料は、電気触媒高性能電極の幅広いアプリケーションの見通し、エネルギー貯蔵システムのための機能的添加剤、および優れた電気導電率または添加剤の製造技術による優れた電気的および熱伝導率を備えた高性能バルク材料の調製もあります。

炭素ベースの半導体（ダイヤモンド、炭化シリコン、グラフェン、カーボンナノチューブなど）は、超幅のバンドギャップ、高い熱伝導率、高キャリアの可動性、優れた化学的安定性などの優れた特性により、従来のシリコンベースの半導体材料の問題を徐々にアプローチする問題を徐々に解決する重要な方法になりつつあります。人工知能、5G/6G通信、新しいエネルギー車両など、急速に発展している新興産業で幅広いアプリケーションの見通しを示しています。特に、現在の不確実な国際的な状況と貿易環境の文脈では、炭素ベースの半導体の戦略的意義は、多くの国のレイアウトにとって重要なトラックになりました。

 

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