Mtu yeyote ambaye amewahi kufanya kazi katika viwanda vya abrasives, refractories, au keramik anajua hilokabidi ya silikoni ya kijaniUnga mdogo ni vigumu sana kufanya kazi nao. Nyenzo hii, yenye ugumu unaokaribia ule wa almasi na upitishaji bora wa joto na umeme, inafaa kwa kusaga kwa usahihi, vizuizi vya hali ya juu, na kauri maalum. Hata hivyo, kuzingatia tu ugumu wake haitoshi kuitumia kwa ufanisi - kuna mengi zaidi katika unga huu wa kijani unaoonekana kuwa wa kawaida kuliko unavyoonekana. Ufunguo upo katika "ukubwa wa chembe."
Wahandisi wenye uzoefu wa vifaa mara nyingi husema, "Unapotathmini nyenzo, kwanza angalia unga; unapotathmini unga, kwanza angalia chembe." Hii ni kweli kabisa. Ukubwa wa chembe ya unga mdogo wa kabonidi ya silikoni kijani huamua moja kwa moja kama itakuwa rasilimali yenye nguvu au kikwazo kikubwa katika matumizi ya chini. Leo, tutachunguza jinsi ukubwa huu wa chembe unavyodhibitiwa na changamoto za kiufundi zinazohusika katika kufikia udhibiti huu.
I. "Kusaga" na "Kutenganisha": "Utaratibu wa Upasuaji" wa Kiwango cha Micron
Ili kupata boraunga mdogo wa kabidi ya silicon kijani, hatua ya kwanza ni "kuvunja" fuwele kubwa za kijani kibichi za silikoni. Hii si rahisi kama kuzivunja kwa nyundo, bali ni mchakato maridadi unaohitaji usahihi mkubwa.
Njia kuu ni kuponda kwa mitambo. Ingawa inasikika kuwa ngumu, inahusisha udhibiti wa kina. Vinu vya mpira ndio "mafunzo" ya kawaida, lakini kutumia mipira ya kawaida ya chuma kunaweza kuleta uchafu wa chuma kwa urahisi. Mbinu za hali ya juu zaidi sasa hutumia bitana za kauri na mipira ya kusaga ya silikoni au zirconia ili kuhakikisha usafi. Kusaga mpira pekee haitoshi; ili kupata unga mdogo na sare zaidi, haswa katika safu ya chini ya mikromita 10 (µm), "kusaga hewa kwa ndege" hutumiwa. Mbinu hii hutumia mtiririko wa hewa wa kasi kubwa kusababisha chembe kugongana na kuvunjika kwa msuguano, na kusababisha uchafuzi mdogo na usambazaji mdogo wa ukubwa wa chembe. Kusaga kwa maji huja wakati poda laini sana (km, chini ya µm 1) zinahitajika. Inazuia kwa ufanisi mkusanyiko wa unga, na kusababisha tope na utawanyiko bora.
Hata hivyo, "kuponda" tu haitoshi; teknolojia halisi ya msingi iko katika "uainishaji." Poda zinazozalishwa kwa kuponda hutofautiana kwa ukubwa, na lengo letu ni kuchagua tu kiwango cha ukubwa kinachohitajika. Hii ni kama kuchagua chembe za mchanga zenye kipenyo cha milimita 0.5 hadi 0.6 kutoka kwenye rundo la mchanga. Mashine za uainishaji wa hewa kavu ndizo zinazotumika sana kwa sasa, zikitumia nguvu ya sentrifugal na aerodynamics kutenganisha poda ngumu na laini zenye ufanisi mkubwa na matokeo makubwa. Lakini kuna jambo la kushangaza: poda inapozidi kuwa nzuri (km, chini ya mikromita chache), chembe huwa zinaungana pamoja kutokana na nguvu za van der Waals (mkusanyiko), na kufanya iwe vigumu kwa viainishaji vya hewa kuzitenganisha kwa usahihi kulingana na ukubwa wa chembe za mtu binafsi. Katika hali hii, uainishaji wa mvua (kama vile uainishaji wa mchanga wa sentrifugal) wakati mwingine unaweza kuwa muhimu, lakini mchakato ni mgumu na gharama huongezeka.
Kwa hivyo, unaona, mchakato mzima wa udhibiti wa ukubwa wa chembe kimsingi ni mapambano na maelewano ya mara kwa mara kati ya "kusaga" na "uainishaji." Kusaga kunalenga chembe nyembamba zaidi, lakini chembe ndogo sana huwa na msongamano, na hivyo kuzuia uainishaji; uainishaji unalenga usahihi zaidi, lakini mara nyingi hupambana na unga laini uliokusanywa. Wahandisi hutumia muda wao mwingi kusawazisha mahitaji haya yanayokinzana.
II. "Vikwazo" na "Suluhisho": Miiba na Mwanga kwenye Njia ya Kudhibiti Ukubwa wa Chembe
Kudhibiti ukubwa wa chembe ya unga mdogo wa kaboni ya silikoni kijani kwa uhakika kunahusisha zaidi ya kuponda na kuainisha tu. "Vikwazo" kadhaa halisi huzuia, na bila kuvishughulikia, udhibiti sahihi hauwezekani.
Kikwazo cha kwanza ni upinzani unaosababishwa na "ugumu."Kabidi ya silikoni ya kijanini ngumu sana, inayohitaji nishati kubwa kuponda, na kusababisha uchakavu mkubwa wa vifaa. Wakati wa kusaga kwa njia laini sana, uchakavu wa vyombo vya kusaga na vifungashio hutoa uchafu mwingi. Uchafu huu huchanganyika na bidhaa, na kuathiri usafi wake. Kazi yako yote ngumu ya kudhibiti ukubwa wa chembe inakuwa haina maana ikiwa viwango vya uchafu ni vya juu sana. Hivi sasa, tasnia inaendeleza kwa shida vyombo vya kusaga na vifaa vya mjengo vinavyostahimili uchakavu, na kuboresha miundo ya vifaa, yote ili kukabiliana na "simbaji huyu mgumu."
Simbamarara wa pili ni "sheria ya mvuto" katika ulimwengu wa unga laini - mkunjo. Kadiri chembe zinavyokuwa nyembamba, ndivyo eneo maalum la uso linavyokuwa kubwa, na ndivyo nishati ya uso inavyokuwa juu; kiasili huwa "zinazoungana pamoja." Mkunjo huu unaweza kuwa "mkunjo laini" (unaoshikiliwa pamoja na nguvu za kati ya molekuli, kama vile nguvu za van der Waals, ambazo ni rahisi kutengana), au "mkunjo mgumu" wa kutisha zaidi (ambapo wakati wa kusagwa au kuchomwa kwa calcination, nyuso za chembe huyeyuka kwa sehemu au kupitia athari za kemikali, na kuziunganisha pamoja kwa ukali). Mara tu mikunjo ikiundwa, hujifanya kama "chembe kubwa" katika vyombo vya uchambuzi wa ukubwa wa chembe, na kupotosha uamuzi wako; katika matumizi ya vitendo, kama vile katika kung'arisha vimiminika, mikunjo hii ni "wahalifu" wanaokwaruza uso wa kazi. Kutatua mkunjo ni changamoto ya kimataifa. Mbali na kuongeza viongezeo na kuboresha mchakato wakati wa kusagwa, mbinu yenye nguvu zaidi ni kurekebisha uso wa unga, na kuupa "mipako" ili kupunguza nishati ya uso na kuuzuia kutaka "kushikamana pamoja" kila wakati.
Ⅲ. Simbamarara wa tatu ni kutokuwa na uhakika wa asili katika "kipimo."
Unajuaje kwamba ukubwa wa chembe uliyodhibiti ndio unaofikiri ni upi? Vichambuzi vya ukubwa wa chembe ni macho yetu, lakini kanuni tofauti za vipimo (mtawanyiko wa leza, mchanga, uchambuzi wa picha), na hata mbinu tofauti za utawanyiko wa sampuli chini ya kanuni hiyo hiyo, zinaweza kutoa matokeo tofauti sana. Hii ni kweli hasa kwa poda ambazo tayari zimekusanyika; ikiwa utawanyiko sahihi hautapatikana kabla ya kipimo (km, kuongeza visambazaji, matibabu ya ultrasound), data iliyopatikana haitakuwa sawa na hali halisi. Bila kipimo cha kuaminika, udhibiti sahihi ni mazungumzo matupu tu.
Licha ya changamoto hizi, tasnia inatafuta suluhisho kila mara. Kwa mfano, uboreshaji na akili ya mchakato mzima ni mwelekeo mkubwa. Kupitia vifaa vya ufuatiliaji wa ukubwa wa chembe mtandaoni, maoni ya data ya wakati halisi na marekebisho ya kiotomatiki ya vigezo vya kusagwa na uainishaji husababisha mchakato thabiti zaidi. Zaidi ya hayo, teknolojia ya urekebishaji wa uso inapokea umakini unaoongezeka, sio tena "suluhisho" baada ya ukweli, lakini imejumuishwa katika mchakato mzima wa utayarishaji, ikikandamiza mkusanyiko kutoka kwa chanzo na kuboresha utawanyiko wa unga na utangamano wake na mfumo wa matumizi. III. Wito wa Maombi: Je, Ukubwa wa Chembe Huwaje "Jiwe la Mwanafalsafa"?
Kwa nini ufanye juhudi kubwa hivyo kudhibiti ukubwa wa chembe? Kuangalia matumizi ya vitendo kunaweka wazi. Katika uwanja wa kusaga na kung'arisha kwa usahihi, kama vile kung'arisha skrini za yakuti na wafer za silikoni, usambazaji wa ukubwa wa chembe wa unga mdogo wa silikoni kijani ni "mhimili wa maisha." Inahitaji usambazaji mwembamba sana na sare wa ukubwa wa chembe, usio na "chembe kubwa kupita kiasi" (pia huitwa "chembe za abrasive" au "chembe za kuua"), vinginevyo mkwaruzo mmoja wa kina unaweza kuharibu kazi yote ya gharama kubwa. Wakati huo huo, unga haupaswi kuwa na mikusanyiko migumu, vinginevyo ufanisi wa kung'arisha utakuwa mdogo, na umaliziaji wa uso hautakuwa wa kuridhisha. Hapa, udhibiti wa ukubwa wa chembe unadumishwa kwa ukali kwenye nanoscale.
Katika vifaa vya hali ya juu vya kukataa, kama vile fanicha ya tanuru ya kauri na bitana za tanuru zenye joto la juu, udhibiti wa ukubwa wa chembe huzingatia "usambazaji wa ukubwa wa chembe." Chembe ngumu na nyembamba huchanganywa kwa uwiano fulani; chembe ngumu huunda fremu, na chembe ndogo hujaza mapengo. Hii inaruhusu kuungua kwa mnene na kwa nguvu katika halijoto ya juu, na kusababisha upinzani mzuri wa mshtuko wa joto. Ikiwa usambazaji wa ukubwa wa chembe hauna maana, nyenzo hiyo itakuwa na vinyweleo na si ya kudumu, au itakuwa tete sana na inaweza kupasuka. Katika uwanja wa kauri maalum, kama vile kauri zisizo na risasi na pete za kuziba zinazostahimili kuvaa, ukubwa wa chembe ya unga huathiri moja kwa moja muundo mdogo na utendaji wa mwisho baada ya kuungua. Poda laini sana na sare zina shughuli kubwa ya kuungua, kuruhusu kauri zenye msongamano mkubwa na nafaka nyembamba katika halijoto ya chini, na hivyo kuboresha kwa kiasi kikubwa nguvu na uthabiti wao. Hapa, ukubwa wa chembe ndio siri ya ndani ya "kuimarisha" nyenzo za kauri.