Ar pakeis deimantinė mikroturbina akumuliatorius?
Upsalos universiteto Angstremo laboratorijoje (Švedija) sukurta miniatiūrinė turbina iš deimanto. Turbiną sudaro smagratis ir korpusas. Ją bus galima naudoti ateities maitinimo sistemose, naudojančiose vandens skilimo produktus: vandenilį ir deguonį, deginamus turbinos deginimo kameroje. Degant išsiskiriantys vandens garai suks turbiną, kuri savo ruožtu suks elektros generatorių.
„Tikimės, kad iš tokio pat tūrio pavyks gauti apie dešimt kartų daugiau energijos, nei naudojant šiandieninius akumuliatorius”, – sako Angstremo laboratorijos mokslininkas Klasas Hjortas.
Gamybos technologija
Deimantinės turbinos gamybos procesas prasideda nuo dviejų silicio plokštelių: abipusiai nupoliruotos 3 colių (7,5 cm) skersmens plokštelės ir kitos – 4 colių plokštelės, kurios yra nupoliruota ir termiškai padengta SiO2 (silicio oksidu) tik viena pusė. Abi silicio plokštelės, aktyvavus jų paviršių, kambario temperatūroje suliečiamos ir suauginamos keturias valandas kaitinant 1050 oC temperatūroje. Vengiant bet kokios taršos, šis procesas atliekamas švariose patalpose. Proceso metu tarp plokštelių atsiranda kovalentinės jungtys.
Temperatūrai pakilus aukščiau 800 oC, SiO2 suminkštėja ir užpildo tuštumas, kurių dar gali pasitaikyti abiems plokštelėms susilietus.
Kito etapo metu silicio paviršius per šabloną padengiamas aliuminiu ir visas darinys įdedamas į DRIE (Deep Reactive Ion Etcher – gilus reaktyvusis joninis ėsdinimas) įrenginį. Prie padėklo prijungiamas radijo dažnių signalas, priverčiantis įrenginyje esančias dujas reaguoti su neuždengtuoju siliciu. Ėsdinimas atliekamas dviem etapais, kol galiausiai visa 3 colių plokštelė praėsdinama kiaurai; šį procesą sustabdo silicio oksido sluoksnis.
Kadangi deimanto plėvelė blogai kimba prie oksido sluoksnio, jis pašalinamas naudojant fluoro rūgštį. 1 mikrono storio oksido sluoksnis nutirpsta maždaug per 20 minučių.
Deimanto sluoksnis sukuriamas naudojant HFCVD (Hot Filament Chemical Vapor Deposition – karšto siūlo cheminių dujų nusodinimas) technologiją. Prieš padėklą dedant į vakuumo kamerą, jis apdorojamas deimanto milteliais – tai paspartina procesą. Deimanto sluoksniai auga, kai padėklo temperatūra yra nuo 500 iki 1200 oC. Tačiau, į dujų mišinį papildomai įvedus deguonį, temperatūrą galima sumažinti iki 300 oC. Deimantinei turbinai auginami 20-60 µm storio sluoksniai, o į vakuumo kamerą paduodamas dujų mišinys sudarytas iš metano ir vandens garų. Padėklo temperatūra būna apie 900 oC, o slėgis kameroje – nuo 10 iki 50 milibarų. Deimanto sluoksniai auga 1-10 µm/h greičiu. Greitį galima veikti keičiant, pavyzdžiui, temperatūrą ar dujų mišinio sudėtį.
Nors deimantas ir yra labai kieta medžiaga, jai nelengva atlaikyti didelius mechaninius apkrovimus, atsirandančius dėl skirtingų silicio ir deimanto šiluminio plėtimosi koeficientų. Todėl deimanto forma apsaugoma papildomai užpildant struktūros tuštumas aliuminio oksido cementu. Proceso pabaigoje viršuje esančios deimanto detalės nušlifuojamos, silicis nuėsdinamas, ir taip išlaisvinamos visos deimantinės turbinos detalės.
