పోరస్ సిలికాన్ కార్బైడ్ సిరామిక్స్ అంటే ఏమిటి?

నమూనాలు ఉన్నప్పుడురంధ్రాలు గల సిలికాన్ కార్బైడ్ సిరామిక్స్ప్రయోగశాలలో తొలిసారిగా కనిపించినప్పుడు, ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్ కింద ప్రదర్శించబడిన తేనెపట్టు లాంటి నిర్మాణాలు, పది లక్షల రెట్లు పెద్దదిగా చేసిన తేనెటీగల గూడులాగే కనిపించాయి. 15-60% రంధ్రాల సాంద్రత కలిగిన ఈ ప్రత్యేక పదార్థం, ఏరోస్పేస్ ఇంజిన్ల దహన గదుల నుండి నిశ్శబ్దంగా మన దైనందిన జీవితంలోకి ప్రవేశిస్తోంది.

1600℃ వద్ద గ్యాస్ టర్బైన్‌లో, సాధారణ పదార్థాలు ఎప్పుడో కరిగిపోయిన ఇనుముగా మారిపోతాయి, కానీ పోరస్ సిలికాన్ కార్బైడ్ అద్భుతమైన స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉంటుంది. గత సంవత్సరం, చైనీస్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్‌కు చెందిన షాంఘై ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ సిరామిక్స్‌ను సందర్శించినప్పుడు, ఒక పరిశోధకుడు ఒక ఆసక్తికరమైన ప్రయోగాన్ని ప్రదర్శించారు: పోరస్ సిలికాన్ కార్బైడ్ షీట్‌ను ఆక్సిజన్-ఎసిటిలీన్ మంటలో (సుమారు 3000℃) ఉంచినప్పుడు, దాని వెనుక ఉన్న థర్మామీటర్ ఉష్ణోగ్రత కేవలం 72℃ మాత్రమే పెరిగినట్లు చూపించింది. β-SiC క్రిస్టల్ నిర్మాణం నుండి లభించే ఈ ఉష్ణ నిరోధకత, అంతరిక్ష నౌకల ఉష్ణ రక్షణ వ్యవస్థకు దీనిని ఒక "అదృశ్య కవచం"గా చేస్తుంది. ఇంకా చెప్పాలంటే, ఆ మైక్రాన్-పరిమాణ రంధ్రాలు లెక్కలేనన్ని చిన్న పొగగొట్టాల వలె ఉండి, ఘన సిరామిక్స్‌తో పోలిస్తే ఉష్ణ వాహక సామర్థ్యాన్ని 40-60% తగ్గిస్తాయి.

వాస్తవానికి తీవ్రమైన వాతావరణాల కోసం అభివృద్ధి చేయబడిన ఈ రకమైన సిరామిక్, వైద్య రంగంలో మళ్ళీ ప్రాచుర్యం పొందుతుందని బహుశా పదార్థ శాస్త్రవేత్తలు కూడా ఊహించి ఉండరు. 2024లో జర్నల్ ఆఫ్ బయోమెటీరియల్స్‌లో ప్రచురించబడిన క్లినికల్ పరిశోధన ప్రకారం, గ్రేడియంట్ పోర్ సైజ్ నిర్మాణాలతో (ఉపరితలంపై 5μm మరియు అడుగున 200μm) ఉన్న సిలికాన్ కార్బైడ్ స్కాఫోల్డ్‌లు, సాంప్రదాయ టైటానియం మిశ్రమ ఇంప్లాంట్‌ల కంటే 2.3 రెట్లు అధికంగా ఎముకతో కలిసిపోతాయి.

రంధ్రాలు గల సిలికాన్ కార్బైడ్‌ను తయారుచేసే ప్రక్రియే ఒక రసాయన అద్భుతం. రంధ్రాలను ఏర్పరిచే ఏజెంట్ పద్ధతి (సాధారణంగా పాలిమిథైల్ మెథాక్రిలేట్ మైక్రోస్పియర్స్) లేదా రియాక్షన్ సింటరింగ్ పద్ధతి ద్వారా, పదార్థ ఇంజనీర్లు సుగంధ ద్రవ్యాల తయారీదారుల వలె రంధ్రాల లక్షణాలను ఖచ్చితంగా నియంత్రించగలరు. ఆసక్తికరంగా, యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లోని 3M కంపెనీ యొక్క తాజా పేటెంట్ ప్రకారం, రీసైకిల్ చేసిన డయాటోమైట్‌ను సహజ టెంప్లేట్‌గా ఉపయోగించడం వల్ల ఉత్పత్తి ఖర్చులు 18% తగ్గడమే కాకుండా, పగడపు ఎముకలను పోలిన బయోనిక్ నిర్మాణం కూడా ఊహించని విధంగా లభిస్తుంది. "వ్యర్థాలను సంపదగా మార్చే" ఈ సాంకేతికత, "నిరుపయోగమైన దాని ప్రయోజనం" అనే టావోయిస్ట్ జ్ఞానానికి ఖచ్చితంగా అనుగుణంగా ఉంటుంది.

అప్లికేషన్

• పర్యావరణ పరిరక్షణ రంగంలో:డీజిల్ వాహనాల పార్టిక్యులేట్ ఫిల్టర్ల (DPF) ప్రధాన పదార్థంగా, ఇది 99.7% PM2.5ను బంధించగలదు.
•  శక్తి విప్లవం:సాలిడ్ ఆక్సైడ్ ఫ్యూయల్ సెల్స్ (SOFC) కోసం ఎలక్ట్రోడ్ సపోర్ట్ విద్యుత్ ఉత్పత్తి సామర్థ్యాన్ని 65%కి పెంచుతుంది
•  బయోమెడికల్:3D-ప్రింటెడ్ బోన్ స్కాఫోల్డ్‌ల యొక్క రంధ్రాల నిర్మాణం కణాల పెరుగుదలను ప్రోత్సహిస్తుంది మరియు క్లినికల్ హీలింగ్ సైకిల్‌ను 30% తగ్గిస్తుంది.
•  సెమీకండక్టర్ తయారీ:వేఫర్ పాలిషింగ్ ప్యాడ్‌ల జీవితకాలం మూడు రెట్లు పొడిగించబడింది మరియు TSMC యొక్క 3nm ప్రాసెస్‌ను పెద్దమొత్తంలో కొనుగోలు చేశారు.