هنگامی که نمونههایسرامیکهای متخلخل کاربید سیلیکونبرای اولین بار در آزمایشگاه مشاهده شد، ساختارهای لانه زنبوری شکل که زیر میکروسکوپ الکترونی مشاهده شدند، دقیقاً شبیه کندوی زنبور عسل بودند که یک میلیون بار بزرگنمایی شده بودند. این ماده ویژه با تخلخل ۱۵ تا ۶۰ درصد، بیسروصدا از محفظههای احتراق موتورهای هوافضا به زندگی روزمره ما راه پیدا میکند.
در یک توربین گازی در دمای ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد، مواد معمولی مدتهاست که به آهن مذاب تبدیل میشوند، اما کاربید سیلیکون متخلخل پایداری شگفتانگیزی را حفظ میکند. سال گذشته، هنگام بازدید از موسسه سرامیک شانگهای آکادمی علوم چین، یک محقق آزمایش جالبی را نشان داد: قرار دادن یک ورق کاربید سیلیکون متخلخل در شعله اکسیژن-استیلن (حدود ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد)، دماسنج پشت آن نشان داد که فقط ۷۲ درجه سانتیگراد افزایش یافته است. این مقاومت حرارتی ناشی از ساختار کریستالی β-SiC آن را به یک "زره نامرئی" برای سیستم حفاظت حرارتی فضاپیما تبدیل میکند. حتی بهتر از آن، این منافذ میکرونی مانند دودکشهای ریز بیشماری هستند که راندمان هدایت گرما را در مقایسه با سرامیکهای جامد ۴۰ تا ۶۰ درصد کاهش میدهند.
شاید حتی دانشمندان علم مواد انتظار نداشتند که این نوع سرامیک، که در ابتدا برای محیطهای سخت توسعه داده شده بود، بهار دوم را در حوزه پزشکی تجربه کند. تحقیقات بالینی منتشر شده در مجله Biomaterials در سال 2024 نشان میدهد که داربستهای کاربید سیلیکون با ساختارهای اندازه منافذ گرادیان (5 میکرومتر در سطح و 200 میکرومتر در پایین) نرخ ادغام استخوانی 2.3 برابر بیشتر از ایمپلنتهای آلیاژ تیتانیوم سنتی دارند.
فرآیند تهیه کاربید سیلیکون متخلخل خود یک جادوی شیمیایی است. مهندسان مواد میتوانند با استفاده از روش عامل تشکیلدهنده منافذ (معمولاً میکروسفرهای پلی متیل متاکریلات) یا روش پخت واکنشی، ویژگیهای منافذ را مانند عطرسازان دقیقاً کنترل کنند. جالب توجه است که آخرین اختراع شرکت 3M در ایالات متحده نشان میدهد که استفاده از دیاتومیت بازیافتی به عنوان یک الگوی طبیعی نه تنها هزینههای تولید را 18٪ کاهش میدهد، بلکه به طور غیرمنتظرهای یک ساختار بیونیک مشابه استخوانهای مرجانی به دست میآورد. این تکنیک "تبدیل زباله به گنج" دقیقاً با حکمت تائوئیستی "مفید بودن بیفایده" همسو است.
کاربرد
- در حوزه حفاظت از محیط زیست:به عنوان ماده اصلی فیلترهای ذرات خودروهای دیزلی (DPF)، میتواند ۹۹.۷٪ از PM2.5 را جذب کند.
- انقلاب انرژی:پایه الکترود برای پیلهای سوختی اکسید جامد (SOFC) راندمان تولید برق را به 65 درصد افزایش میدهد.
- زیست پزشکی:ساختار متخلخل داربستهای استخوانی چاپ سهبعدی، رشد سلول را افزایش داده و چرخه بهبود بالینی را تا 30 درصد کوتاه میکند.
- تولید نیمه هادی:طول عمر پدهای پولیش ویفر سه برابر افزایش یافته و فرآیند ۳ نانومتری TSMC به صورت عمده خریداری شده است.
زمان ارسال: ۳۰ ژوئیه ۲۰۲۵