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Cos'è la sublimazione inversa?
il sublimazione inversa o regressiva, detta anche deposizione o solidificazione di un gas mediante raffreddamento, è l'opposto della sublimazione, che vaporizza i solidi senza prima liquefarli.
In chimica, la deposizione è ampiamente utilizzata per creare materiali nel settore, in particolare per applicare un rivestimento sottile ai materiali utilizzati per tagliare o modellare.
Sono in corso numerose ricerche nel campo della deposizione chimica da fase vapore, in particolare nell'area dei materiali utilizzati per coprire i polimeri, e per trovare materiali meno dannosi per l'ambiente (Anne Marie Helmenstine, 2016).
Ad una determinata temperatura, la maggior parte dei composti e degli elementi chimici possono possedere uno di tre diversi stati della materia a diverse pressioni.
In questi casi, la transizione dallo stato solido allo stato gassoso richiede uno stato liquido intermedio. Ma a temperature inferiori al punto triplo, un aumento di pressione comporterà una transizione di fase, direttamente dal gas al solido.
Inoltre, a pressioni al di sotto della pressione del punto triplo, una diminuzione della temperatura determinerà un gas che diventa solido senza passare attraverso la regione del liquido (Senza limiti, S.F.).
Esempi di sublimazione inversa
Il ghiaccio e la neve sono gli esempi più comuni di sublimazione inversa. La neve che cade in inverno è il prodotto del sovraraffreddamento del vapore acqueo trovato nelle nuvole.
Frost è un altro esempio di deposizione che può essere visto come un esperimento di chimica che descrive i cambiamenti negli stati della materia.
Ad esempio, è possibile sperimentare la deposizione e l'aria superraffreddata osservando esempi di brina durante l'autunno, l'inverno o anche i mesi primaverili.
Puoi anche sperimentare con una lattina di alluminio e acqua salata molto fredda. I meteorologi sono stati in grado di testare la deposizione di prima mano durante l'inverno del 2014 a causa delle temperature sotto zero in molte zone degli Stati Uniti.
I diodi emettitori di luce o le luci a LED sono rivestiti con sostanze diverse per deposizione.
I diamanti sintetici possono anche essere fatti usando la deposizione chimica, il che significa che i diamanti di tutte le forme, dimensioni e colori possono essere ottenuti raffinando artificialmente il gas di carbonio.
Gli studenti possono sperimentare la creazione di un diamante sintetico senza tutto il calore e la pressione (Garrett-Hatfield, S.F.).
Applicazioni di sublimazione
1- Deposizione di vapore chimico
La deposizione chimica in fase vapore (o CVD) è un nome generico per un gruppo di processi che implicano il deposito di un materiale solido da una fase gassosa ed è simile in alcuni aspetti alla deposizione fisica in fase di vapore (PVD). ).
Il PVD differisce dal fatto che i precursori sono solidi, con il materiale da depositare che viene vaporizzato da un bianco solido e depositato sul substrato.
I gas precursori (spesso diluiti nei gas di trasporto) vengono forniti alla camera di reazione a circa temperature ambiente.
Quando passano o entrano in contatto con un substrato riscaldato, reagiscono o si decompongono formando una fase solida che viene depositata sul substrato.
La temperatura del substrato è critica e può influenzare le reazioni che si verificheranno (AZoM, 2002).
In un certo senso, è possibile rintracciare la tecnologia della deposizione chimica da vapore, o CVD, fino alla preistoria:
"Quando gli uomini delle caverne hanno acceso una lampada e una fuliggine è stata depositata sul muro di una grotta", dice, era una forma rudimentale di CVD.
Oggi, CVD è uno strumento di produzione di base, utilizzato in tutto, dagli occhiali da sole ai sacchetti di patatine, ed è essenziale per la produzione di gran parte dell'elettronica di oggi.
È anche una tecnica soggetta a raffinatezza e espansione costante, che spinge la ricerca dei materiali in nuove direzioni, come la produzione di grandi fogli di grafene o lo sviluppo di celle solari che potrebbero essere "stampate" su un foglio di carta o plastica ( Chandler, 2015).
2- deposizione fisica dei vapori
La deposizione fisica da vapore (PVD) è essenzialmente una tecnica di rivestimento di vaporizzazione, che comporta il trasferimento di materiale a livello atomico. È un processo alternativo alla galvanoplastica
Il processo è simile alla deposizione chimica da fase vapore (CVD), ad eccezione delle materie prime / precursori.
Cioè, il materiale da depositare inizia in forma solida, mentre nella CVD i precursori vengono introdotti nella camera di reazione allo stato gassoso.
Incorpora processi come il rivestimento a spruzzo e la deposizione a impulsi laser (AZoM, 2002).
Nel processo PVD, il materiale di rivestimento solido ad elevata purezza (metalli come titanio, cromo e alluminio) viene evaporato dal calore o dal bombardamento ionico (sputtering).
Allo stesso tempo, viene aggiunto un gas reattivo (per esempio, azoto o gas contenente carbonio).
Forma un composto con il vapore metallico che si deposita sugli strumenti o componenti come un rivestimento sottile e altamente aderente.
Si ottiene uno spessore uniforme del rivestimento ruotando le parti a velocità costante attorno a diversi assi (Oerlikon Balzer, S.F.).
3- Deposizione di strati atomici
La deposizione di strati atomici (DCA) è una tecnica di deposizione di vapori in grado di depositare pellicole sottili di alta qualità, uniformi e conformi a temperature relativamente basse.
Queste eccezionali proprietà possono essere utilizzate per affrontare le sfide di elaborazione per vari tipi di celle solari di prossima generazione.
Pertanto, il DCA per le celle fotovoltaiche ha suscitato grande interesse nella ricerca accademica e industriale negli ultimi anni (J A van Delft, 2012).
La deposizione di strati atomici fornisce uno strumento unico per la crescita di film sottili con un eccellente controllo della conformità e dello spessore a livelli atomici.
L'applicazione del DCA nella ricerca energetica ha ricevuto crescente attenzione negli ultimi anni.
Nella tecnologia solare, il nitruro di silicio Si3N4 viene utilizzato come strato antiriflesso. Questo strato causa il colore blu scuro delle celle solari di silicio cristallino.
La deposizione viene effettuata con plasma migliorato in un sistema PECVD (deposizione chimica da vapore potenziata dal plasma) (Wenbin Niu, 2015).
La tecnologia PECVD consente una rapida deposizione dello strato di nitruro di silicio. La copertura dei bordi è buona.
In generale, silano e ammoniaca sono usati come materia prima. La deposizione può avvenire a temperature inferiori a 400 ° C (Crystec Technology Trading, S.F.).
riferimenti
- Anne Marie Helmenstine, P. (2016, 20 giugno). Definizione di sublimazione (transizione di fase in chimica). Estratto da thoughtco.com.
- (2002, 31 luglio). Chemical Vapor Deposition (CVD) - Un'introduzione. Estratto da azom.com.
- (2002, 6 agosto). Physical Vapor Deposition (PVD) - Un'introduzione. Estratto da azom.com.
- (S.F.). Transizione fase solida a gas. Recupero da boundless.com.
- Chandler, D. L. (2015, 19 giugno). Spiegato: deposito di vapore chimico. Estratto da news.mit.edu.
- Trading di tecnologia Crystec. (S.F.). Deposizione di strati antiriflessione in nitruro di silicio su celle solari in silicio cristallino mediante tecnologia PECVD. Estratto da crystec.com.
- Garrett-Hatfield, L. (S.F.). Deposizione in esperimenti di chimica. Estratto da education.seattlepi.com.
- J A van Delft, D. G.-A. (2012, 22 giugno). Deposizione di strati atomici per il fotovoltaico:. Estratto da tue.n.
- Oerlikon Balzer. (S.F.). Processi basati su PVD. Estratto da oerlikon.com.
- Wenbin Niu, X. L. (2015). Applicazioni di deposizione di strati atomici in celle solari. Nanotecnologia, volume 26, numero 6.