تطبيق تحضير المسحوق على أساس تقنية البلازما الحرارية في مواد الإدارة الحرارية

أدى تصغير الأجهزة الإلكترونية وتكاملها إلى زيادة متطلبات تبديد الحرارة لمواد الإدارة الحرارية القائمة على البوليمر. ويُعد تطوير حشوات جديدة عالية التوصيل الحراري لبناء مسارات توصيل حراري فعالة مفتاحًا لتحقيق مواد إدارة حرارية عالية الأداء.

تتميز تقنية البلازما الحرارية بمزايا كبيرة في تحضير مساحيق كروية نانوية وميكرونية، مثل مسحوق السيليكون الكروي ومسحوق الألومينا، نظرًا لارتفاع درجة حرارتها، وجو تفاعلها القابل للتحكم، وكثافة طاقتها العالية، وانخفاض تلوثها.

تقنية البلازما الحرارية

البلازما هي الحالة الرابعة للمادة بعد الصلب والسائل والغاز. وهي عبارة عن كتلة متعادلة كهربائيًا تتكون من إلكترونات وكاتيونات وجسيمات متعادلة. ووفقًا لدرجة حرارة الجسيمات الثقيلة في البلازما، يمكن تقسيم البلازما إلى فئتين: بلازما ساخنة وبلازما باردة.

يمكن أن تتراوح درجة حرارة الأيونات الثقيلة في البلازما الساخنة بين 3×10⁻ و3×10⁻ كلفن، مما يؤدي إلى حالة التوازن الديناميكي الحراري المحلي. في هذه الحالة، ترتبط البلازما الحرارية بالعلاقة التالية: درجة حرارة الإلكترون Te = درجة حرارة البلازما، Th = درجة حرارة الإثارة، Tex = درجة حرارة تفاعل التأين Treac، وبالتالي تتمتع البلازما الحرارية بدرجة حرارة ترموديناميكية موحدة.

تحضير المساحيق الكروية بالبلازما

استنادًا إلى خصائص درجة الحرارة العالية ومعدل التبريد السريع للبلازما الحرارية عالية التردد، تُستخدم تقنية الترسيب الفيزيائي للبخار لتحضير مساحيق نانوية.

هناك طريقتان رئيسيتان لتحضير المساحيق الكروية بالبلازما.

إحداهما هي تمرير مساحيق المواد الخام كبيرة الحجم وغير منتظمة الشكل في قوس درجة الحرارة العالية للبلازما الحرارية، واستخدام بيئة درجة الحرارة العالية التي تولدها البلازما الحرارية لتسخين جزيئات المواد الخام وإذابتها بسرعة (أو إذابة السطح). بفضل التوتر السطحي، يُشكل المسحوق المذاب كرة ويتصلب بمعدل تبريد مناسب للحصول على مسحوق كروي. أما الطريقة الثانية فهي استخدام مساحيق أو مواد أولية غير منتظمة كمواد خام والبلازما الحرارية كمصدر حرارة عالية. تتفاعل المواد الخام مع الجسيمات النشطة فيها، وتُبرَّد بسرعة وتُرسَّب لإنتاج مسحوق مثالي.

بفضل خصائص درجة الحرارة العالية، والطاقة العالية، والجو المُتحكَّم فيه، وعدم تلوث البلازما الحرارية، يُمكن تحضير مساحيق كروية عالية النقاء، وعالية الكروية، ومختلفة الأحجام، وذلك من خلال التحكم في معايير عملية التحضير، مثل التغذية، ومعدل التبريد، وقوة البلازما. ولذلك، ازداد استخدام تقنية البلازما في تحضير المساحيق الكروية على نطاق واسع في صناعات الطاقة، والفضاء، والصناعات الكيميائية، وغيرها.