परमाणु परत जमा (ALD) का उपयोग करके अल्ट्राब्लैक कोटिंग बनाई गई, ब्रह्मांड को देखने के लिए उत्तम

शंघाई विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय और चीनी विज्ञान अकादमी के शोधकर्ताओं ने परमाणु परत जमा (ALD) की नई विधि का सफलतापूर्वक उपयोग करके असमान सतह पर अल्ट्रा-काली कोटिंग लागू करके एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर हासिल किया। उन्नत कोटिंग अपने पूर्ववर्तियों की तुलना में अधिक टिकाऊ और प्रभावी है। इस विकास के कई उद्योगों, जैसे ऑप्टिक्स, अंतरिक्ष अन्वेषण, नवीकरणीय ऊर्जा आदि पर बड़े प्रभाव पड़ सकते हैं। यहाँ वह सब कुछ है जो आपको जानना चाहिए।

शोधकर्ताओं ने अपने निष्कर्ष प्रकाशित किए हैं और विस्तार से बताया है कि उन्होंने एयरोस्पेस-ग्रेड मैग्नीशियम मिश्रधातुओं के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन की गई टिकाऊ अल्ट्रा-काली पतली फिल्म कोटिंग कैसे बनाई। ये मिश्रधातुएँ अंतरिक्ष अन्वेषण में आमतौर पर उपयोग की जाती हैं, जहाँ वजन और टिकाऊपन प्रमुख चिंताएँ हैं।

स्रोत – फोटोनएक्सपर्ट – परमाणु परत जमा (ALD) आविष्कारक डॉ. टुओमो संटोला

जो लोग उच्च-तकनीकी उपकरणों और ऑप्टिक्स बनाने की प्रक्रिया से परिचित नहीं हैं, वे गैर-परावर्तक काली सामग्री खोजने के महत्वपूर्ण महत्व को समझ नहीं सकते। विशेष रूप से, बिखरी हुई रोशनी इन उपकरणों में व्यवधान पैदा कर सकती है और गुणवत्ता को काफी घटा सकती है। परिणामस्वरूप, सबसे काली गैर-परावर्तक सामग्री की खोज में निरंतर सुधार की एक श्रृंखला रही है।

These coatings will help to advance aerospace technologies where new material combinations can create stronger materials. These lightweight materials are found on many satellites, spacecraft, and suits. They are also commonly used in the aeronautical sector due to their resilience and proven durability.

सबसे काली काली की खोज में

जैसे-जैसे सटीक ऑप्टिक्स की प्रगति होती जा रही है, अधिक प्रकाश-अवशोषित सामग्री की मांग बढ़ रही है। हाल ही तक, कैमरा लेंस और अन्य घुमावदार या अजीब आकार के उपकरणों के भीतर प्रकाश-अवशोषित गैर-परावर्तक सामग्री बनाने के लिए एक पतली काली फिल्म का उपयोग किया जाता था। ALD कोटिंग एक बेहतर समाधान प्रदान करती है जिसे आसानी से लागू किया जा सकता है और यह अत्यधिक परिस्थितियों के प्रतिरोधी है। यह प्रक्रिया अत्यंत पतली और समान कोट बनाती है जो किसी भी क्षेत्र को अनछुआ नहीं छोड़ती।

वर्तमान कोटिंग सामग्री और विधियों की समस्याएँ

आज के उच्च-स्तरीय ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए मौजूदा अल्ट्रा-काली कोटिंग तकनीकें अपर्याप्त क्यों हैं, इसके कई कारण हैं। वर्तमान में सबसे लोकप्रिय कोटिंग तकनीकें नाजुक सामग्री, जैसे कि लंबवत रूप से संरेखित कार्बन नैनोट्यूब या काली सिलिकॉन, पर निर्भर करती हैं। ये सामग्री कठोर वातावरण में जल्दी खराब हो जाती हैं। वे महंगी भी हैं और बनाना कठिन है।

इसके अलावा, इन कोटिंग्स को जटिल संरचनाओं पर लागू करना कठिन है। असमान अनुप्रयोग कम टिकाऊपन और घटित प्रदर्शन का कारण बनता है, इसलिए अधिक शोधकर्ता अधिक अवशोषक विकल्प बनाने के लिए प्रयासरत हैं। जैसे-जैसे लेंस और अन्य ऑप्टिकल उपकरण अधिक जटिल होते जा रहे हैं, समान रूप से गैर-परावर्तक प्रकाश-अवशोषित सामग्री को लागू करने के बेहतर तरीकों का शोध और निर्माण अत्यंत महत्वपूर्ण हो जाता है।

परमाणु परत जमा (ALD) का परिचय

परमाणु परत जमा (ALD) कई मुख्य समस्याओं को हल करने में मदद करता है जो निर्माताओं और शोधकर्ताओं को कोटिंग्स के संबंध में सामना करनी पड़ती हैं। यह प्रक्रिया वैक्यूम-सील्ड कमरों पर निर्भर करती है जहाँ गैस पंप की जाती है और सतह पर एक पतली परत छोड़ती है। इस विधि को फिल्म वृद्धि कहा जाता है और यह निर्माताओं को परतों का उपयोग करके जटिल सामग्री बनाने का आसान तरीका प्रदान करती है।

ALD विधि ने प्रभावशाली परिणाम दिखाए, एक परीक्षण में दिखाया गया कि इस अल्ट्रा-काली सामग्री ने 99.3% प्रकाश को अवशोषित किया। ये सुधार अधिक समान फिल्म कवरेज और नई प्रकाश-अवशोषित सामग्री के उपयोग से आए हैं। विशेष रूप से, शोधकर्ताओं ने दो परतों का उपयोग करके टिकाऊपन बढ़ाने की नई विधि पेश की है।

बेस लेयर टाइटेनियम‑एल्यूमिनियम‑कार्बन मिश्रधातु (TiAlC) का उपयोग करती है। इस संरचना में अत्यधिक हल्की प्रकाश-अवशोषित गुण होते हैं और यह कठोर वातावरण, जिसमें अंतरिक्ष भी शामिल है, में भारी उपयोग को सहन कर सकती है। दूसरी लेयर डाइइलेक्ट्रिक सामग्री सिलिकॉन नाइट्राइड (SiO2) का उपयोग करती है, जो प्रतिबिंब को रोकने के लिए आदर्श है। साथ में, ये परतें विभिन्न तरंगदैर्ध्य पर 99.3% प्रकाश को अवशोषित कर सकती हैं।

ALD का इतिहास

पातली कोटिंग लागू करने के लिए ALD के उपयोग का विचार 60 से अधिक वर्षों से मौजूद है। दिलचस्प बात यह है कि दो आविष्कारकों ने इस तकनीक की खोज का दावा किया। इन स्वतंत्र प्रयासों ने प्रक्रिया को अलग-अलग तरीके से अपनाया लेकिन समान परिणाम प्राप्त किए: एक परमाणु पतली कोटिंग परत।

1960 के दशक में, सोवियत शोधकर्ताओं ने इस कार्य को “मॉलिक्यूलर लेयरिंग” नामक प्रक्रिया का उपयोग करके पूरा किया। यह खोज पश्चिम में तुरंत मान्यता नहीं प्राप्त कर सकी क्योंकि द्वितीय विश्व युद्ध के अंत के बाद राजनीतिक माहौल तनावपूर्ण था। हालांकि, कई शोधकर्ताओं ने जल्दी ही समझा कि यह तकनीक अगली पीढ़ी के उपकरणों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगी।

एक दशक बाद, डॉ. टुओमो संटोला के नेतृत्व में एक फ़िनिश शोध टीम ने “परमाणु परत एपिटैक्सी” नामक नई विधि का सफलतापूर्वक उपयोग किया, जिससे उपकरणों पर प्रकाश-अवशोषित सामग्री की पतली समान कोटिंग प्रदान की गई। यह विधि निर्माताओं में तुरंत लोकप्रिय हुई, जिससे फ़िनलैंड कई दशकों तक ALD विकास का केंद्र बन गया।

उसके बाद, ALD विज्ञान ने फोटोवोल्टाइक, उत्प्रेरण, अर्धचालक निर्माण और अन्य क्षेत्रों में कई प्रगति की। आज, आप ऐसी दुनिया में रहते हैं जहाँ यह तकनीक हर जगह मौजूद है। आपके स्मार्टफ़ोन से लेकर आपके घर की सौर पैनलों तक, ALD प्रक्रियाओं ने अरबों लोगों के जीवन को बेहतर बनाया है।

प्रभावशाली रूप से, नवीनतम प्रक्रियाएँ इतनी विकसित हो गई हैं कि वे जटिल 3D वस्तुओं पर भी परमाणु सटीकता के साथ समान और अनुरूप फिल्म जमा कर सकती हैं। ALD एक अल्ट्रा-पतली कोटिंग प्रदान करता है जो एक परमाणु की मोटाई तक जा सकती है। उल्लेखनीय रूप से, कोटिंग इतनी पतली है कि इसे 2D माना जा सकता है।

ALD के उपयोग

आज, ALD निर्माण प्रक्रियाएँ बाजार का एक महत्वपूर्ण घटक हैं। ये पतली परतें वस्तुओं को अवांछित ऊर्जा स्रोतों से बचाने का एक मजबूत और प्रभावी तरीका प्रदान करती हैं। यहाँ कुछ सबसे रोमांचक तरीके हैं जिनसे ALD आपके भविष्य को सुधार सकता है।

सौर सेल

शोधकर्ताओं ने ALD तकनीक का उपयोग करके नई सामग्री और संरचनाओं का परीक्षण करने के कारण फोटोवोल्टाइक में महत्वपूर्ण प्रगति की है। आज के सौर पैनल अक्षम हैं, जहाँ सबसे अच्छा विकल्प केवल औसतन 30% ऊर्जा रूपांतरण देता है। इस ऊर्जा का बहुत हिस्सा गर्मी में खो जाता है और कोशिकाओं की सतह से वायुमंडल में परावर्तित हो जाता है।

ALD सौर पैनल अधिक प्रकाश को अवशोषित कर सकते हैं और रिसाव को रोक सकते हैं। इसके अलावा, इन्हें सबसे कठोर वातावरण, जिसमें अन्य ग्रहों पर स्थितियां भी शामिल हैं, को सहन करने के लिए बनाया जा सकता है, जहाँ उन्हें अंतरिक्ष अन्वेषण उपकरणों को वर्षों तक चलाने की आवश्यकता होगी। इसलिए, कई लोग मानते हैं कि ALD सौर सेल अगली चंद्र रोवर और अन्य अंतरिक्ष मिशनों को शक्ति प्रदान करेंगे।

लिथियम बैटरियां

लिथियम-आयन बैटरी (LIB) तकनीक उच्च ऊर्जा घनत्व और कम स्व-डिस्चार्ज बैटरियां प्रदान करती है। ये बैटरियां इलेक्ट्रोलाइट और एनोड के बीच होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर निर्भर करती हैं। दुर्भाग्यवश, वर्तमान ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस (SEI) आयनों का एक प्रतिशत स्थायी रूप से उपभोग कर लेते हैं, जिससे वे बर्बाद हो जाते हैं।

इलेक्ट्रॉन लेयर को कोट करने के लिए ALD का उपयोग प्रदर्शन में हानि को रोकने और समय के साथ क्षरण को कम करने में मदद कर सकता है। ALD प्रक्रियाएँ यह कार्य इसलिए कर सकती हैं क्योंकि वे बहुत पतली होती हैं और परमाणु स्तर पर सतह में कोई छेद नहीं छोड़ते हुए समान रूप से लागू की जा सकती हैं। यह कोटिंग परमाणु स्तर पर अनचाहे क्रॉस-प्रदूषण को रोकती है।

माइक्रोचिप्स

माइक्रोचिप तकनीक दुनिया में क्रांति लाते हुए अधिक उन्नत इलेक्ट्रॉनिक्स को छोटा और अधिक विश्वसनीय बना रही है। वर्तमान माइक्रोचिप अपने पूर्ववर्तियों से कई गुना आगे है लेकिन फिर भी कई पहलुओं में कमी है। एक कारण यह है कि यह बहुत ऊर्जा-गहन है, जिसका अर्थ है कि आपके सभी स्मार्ट डिवाइस बड़ी मात्रा में ऊर्जा का उपभोग करते हैं।

ऊर्जा स्थिरता के महत्व को पहचानते हुए, अमेरिकी ऊर्जा विभाग (DOE) ने Argonne National Laboratory को उनके अगले-पीढ़ी ALD चिप अनुसंधान के लिए 4 मिलियन डॉलर प्रदान किए। इस परियोजना का लक्ष्य नई सामग्री खोजना है जो माइक्रोचिप की ऊर्जा आवश्यकताओं को 50 गुना तक कम कर सके। यदि सफल हुआ, तो पूरे बाजार को लाभ हो सकता है।

इस दृष्टिकोण का एक हिस्सा “वॉन न्यूमन बाधा” को हल करने की कोशिश करता है, जो एक शब्द है जो कंप्यूटरों द्वारा डेटा को लॉजिक और मेमोरी चिप्स के बीच स्थानांतरित करने में उपयोग होने वाली विशाल ऊर्जा को दर्शाता है। Argonne ALD का उपयोग करके कम-ऊर्जा विकल्प बनाएगा ताकि अत्यधिक ऊर्जा खपत को रोक सके, इससे पहले कि यह बहुत देर हो जाए।

अंतरिक्ष

अंतरिक्ष अन्वेषण वह क्षेत्र है जहाँ पिछले दशक में ALD ने महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है। अंतरिक्ष अनुसंधान को ऐसे उपकरणों की आवश्यकता होती है जो पृथ्वी पर नहीं मिलने वाले कठोर वातावरण को संभाल सकें। एक उपग्रह को एक तरफ +500°F तापमान सहना पड़ सकता है, जबकि उपकरण का दूसरा पक्ष शून्य से नीचे के तापमान पर जम जाता है।

ये अत्यधिक तापमान और स्थितियां ऑप्टिकल उपकरणों और इलेक्ट्रॉनिक्स को बर्बाद कर सकती हैं। ALD इन समस्याओं का सर्वोत्तम समाधान प्रदान करता है। इसके अलावा, शोधकर्ता इसके प्रकाश-अवशोषित क्षमताओं को निरंतर विस्तारित कर रहे हैं। आज की अंतरिक्ष ऑप्टिक ऐसी सामग्री पर निर्भर करती है जो अल्ट्रावायलेट और इन्फ्रारेड प्रकाश को भी अवशोषित कर सके, जिससे एक प्रकाश-निरपेक्ष वातावरण प्रदान हो।

ALD बाजार के नेता

ALD बाजार इलेक्ट्रॉनिक निर्माताओं और शोधकर्ताओं की बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए विस्तार करता जा रहा है। इन ALD प्रदाताओं ने मजबूत रणनीतिक साझेदारियाँ स्थापित की हैं और विश्वसनीय सेवाएँ प्रदान करने का सिद्ध रिकॉर्ड बनाया है। यहाँ कुछ शीर्ष ALD प्रदाता हैं जो आज नवाचार को आगे बढ़ा रहे हैं।

1. Argonne

ANL मूल्य चार्ट

Argonne एक लोकप्रिय अनुसंधान केंद्र है जो उच्च-तकनीकी निर्माताओं, सरकारों और अन्य शोधकर्ताओं के साथ मिलकर उन्नत कोटिंग विकल्प बनाता है। यह संस्थान 1940 के दशक में मैनहैटन प्रोजेक्ट की शाखा के रूप में स्थापित हुआ था। उस समय, परमाणु ऊर्जा को भविष्य माना जाता था।

उस समय से, Argonne एक बहु-विषयक विज्ञान और अभियांत्रिकी अनुसंधान केंद्र बन गया है, लेकिन अभी भी मुख्य रूप से ऊर्जा स्थिरता पर केंद्रित है। समूह अपने शिकागो के डाउनटाउन स्थान का उपयोग विभिन्न उद्योगों तक पहुंचने और ऊर्जा भौतिकी और सामग्री विज्ञान बाजारों में रचनात्मकता को बढ़ावा देने के लिए करता है।

2. Beneq

(निजी)

1984 में, Beneq विश्व की पहली औद्योगिक उत्पादन लाइन बन गई जिसने अपने प्रक्रियाओं में ALD विधियों को एकीकृत किया। यह निजी स्वामित्व वाली फ़िनिश कंपनी ALD के निर्माण के बाद से बाजार में अग्रणी रही है। आज, यह कंपनियों को उच्च-स्तरीय ALD उपकरण प्रदान करती है और अर्धचालक निर्माण प्रक्रियाओं में विशेषज्ञता रखती है।

Beneq ALD क्षेत्र में एक अग्रणी शक्ति बनी हुई है और इसे इस सूची में सबसे स्थापित नामों में से एक माना जाता है। समूह नई और नवाचारी कोटिंग समाधान प्रदान करता रहता है। इसलिए, कई लोग इसे बाजार नेता मानते हैं।

3. CVD Equipment

CVV मूल्य चार्ट

CVD Equipment (CVV ) एक और सम्मानित ALD प्रदाता है। समूह ने सटीक और विश्वसनीय रासायनिक वाष्प जमाव और थर्मल प्रोसेस उपकरण प्रदान करने की प्रतिष्ठा हासिल की है। आज, CVD कई उद्योगों, जिसमें ऑटोमोटिव और एयरोस्पेस सेक्टर शामिल हैं, को सेवा देता है।

CVD ने 40 से अधिक वर्षों से सेवाएँ प्रदान की हैं। इस अनुभव ने कंपनी को बाजार में एक अग्रणी शक्ति के रूप में स्थापित किया है। इसने कंपनी को अपनी प्रक्रियाओं को अनुकूलित और सुधारने में सक्षम बनाया है ताकि प्रदर्शन को अधिकतम किया जा सके।

4. Applied Materials

AMAT मूल्य चार्ट

Applied Materials (AMAT ) ने 2020 में Picosun को अधिग्रहित करने के बाद ALD बाजार में एक प्रमुख खिलाड़ी बन गया। उस समय, Picosun उद्योग में सबसे सक्रिय ALD प्रदाताओं में से एक था। Applied Materials ने अपने अनुभव और नेटवर्क का उपयोग करके अल्ट्रा-पतली परतों को लागू करने के नए तरीकों और रणनीतियों को नवाचार किया।

आज, Applied Materials एंटरप्राइज़-स्तर के ग्राहकों को ALD सेवाएँ प्रदान करता है। इन सेवाओं में टर्नकी उत्पादन लाइनों और अनुसंधान प्रस्तावों शामिल हैं। इसके अतिरिक्त, कंपनियाँ Applied Materials की परामर्श सेवाओं का उपयोग करके ALD सेवाओं के निर्माण और एकीकरण को सुव्यवस्थित कर सकती हैं।

कृत्रिम बुद्धिमत्ता ALD को सुधारती है

ALD के पिछले कुछ वर्षों में सुधार के कारणों में से एक AI एल्गोरिदम का एकीकरण है। विशेष रूप से, मशीन लर्निंग एल्गोरिदम डेवलपर्स को नई यौगिकों को वर्चुअल रूप से बनाना और परीक्षण करना सक्षम बनाते हैं। यह क्षमता R&D लागत को काफी कम करती है और डेवलपर्स को बिना विशेष मशीनों के यह देखने देती है कि कुछ सामग्री कैसे परस्पर क्रिया करती हैं।

मशीन लर्निंग एल्गोरिदम संभावित कमजोर बिंदुओं या थ्रेशहोल्ड को खोजने के लिए लाखों परीक्षण चला सकते हैं। इस प्रकार का AI बहुत प्रभावी है और केवल एक बार सिखाने की आवश्यकता होती है ताकि कार्यों को इष्टतम रूप से पूरा किया जा सके। अतिरिक्त रूप से, सीखने वाले न्यूरल नेटवर्क AI को नई सामग्री की सिफारिश करने और स्वयं परीक्षण और विकास करने में सक्षम बना सकते हैं।

AI सिमुलेशन कई कारणों से एक गेम-चेंजर है। एक ओर, ये परीक्षण वास्तविक दुनिया में वस्तुओं को नुकसान पहुँचाए बिना उनकी सीमाओं को पूरी तरह से परीक्षण करने की अनुमति देते हैं। डेवलपर्स सब कुछ वर्चुअल रूप से बना, परीक्षण और पुनः समायोजित कर सकते हैं, इससे पहले कि वे उत्पादन विधियों के लिए फंडिंग करें। इस प्रकार, AI भविष्य में नई स्थायित्व और अनुप्रयोग विधियों को अनलॉक करने की कुंजी हो सकता है।

ALD बाजार विस्तार

ALD बाजार बढ़ रहा है, रिपोर्टों के अनुसार 2023 में ALD उपकरणों की बिक्री से 4.46 बिलियन डॉलर की आय हुई। वही डेटा भविष्य में महत्वपूर्ण वृद्धि की संभावना को उजागर करता है, जिसमें केवल अमेरिकी बाजार में अगले दशक में 8.90% CAGR की भविष्यवाणी की गई है।

रिपोर्ट यह भी दर्शाती है कि बढ़ती मांग इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निरंतर लघुकरण और उन्नत निर्माण प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप है। नई प्रक्रियाएँ गुणवत्ता में सुधार करती हैं और आवेदन लागत को कम करती हैं। वही रिपोर्ट यह भी दर्शाती है कि सौर पैनलों की बढ़ती मांग ALD विस्तार का एक और प्रेरक कारक है।

यह हमेशा और काला हो सकता है

सबसे काली सामग्री बनाने का विज्ञान विकसित होता रहेगा और विज्ञान क्षेत्रों में नवाचार को प्रेरित करेगा। उच्च-स्तरीय ऑप्टिकल उपकरणों से लेकर अंतरिक्ष अन्वेषण और सौर किरणों को पकड़ने तक, ALD तकनीक नवाचार के अग्रभाग में है। इन कारणों से, आने वाले महीनों में इन कंपनियों पर नज़र रखना समझदारी होगी।

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