التعاون مع سامسونج إلكترونيكس... استخدام مبدأ 'استقرار الإنتروبيا' بخلط ذرات معادن متعددة
تحسين كفاءة تحلل رباعي فلوريد الكربون بمعدل 2.3 مرة عن المحفزات التقليدية... مع الحفاظ على الأداء العالي على المدى الطويل
طورت جامعة كايست محفزاً جديداً يقلل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري القوية المستخدمة في صناعة أشباه الموصلات.
أعلن فريق البحث بقيادة الأستاذ تشوي مين-كي من قسم الهندسة الحيوية والكيميائية في جامعة كايست (KAIST)، عن تطوير محفز جديد من خلال التعاون المشترك مع شركة سامسونج إلكترونيكس، يتمكن من إزالة رباعي فلوريد الكربون (CF₄)، وهو غاز دفيئة ينبعث من عمليات تصنيع الدوائر الدقيقة في أشباه الموصلات، بكفاءة عالية وعلى مدى فترات طويلة.
يُستخدم غاز CF₄ في تصنيع الدوائر الدقيقة على رقاقات أشباه الموصلات، وتبقى كميات ضئيلة منه بعد العملية الصناعية. وبسبب الترابط القوي بين ذرات الكربون والفلور، فإن الغاز لا ينحل بسهولة. وعند انطلاقه في الغلاف الجوي، يبقى الغاز لفترة تصل إلى حوالي 50 ألف سنة، مع تأثير على الاحتباس الحراري يزيد عن 6000 مرة عن ثاني أكسيد الكربون.
يتم تحلل غاز CF₄ باستخدام محفز يسهل ويسرع التفاعل الكيميائي بين الغاز والبخار المائي عند درجات حرارة مرتفعة. غير أن فلوريد الهيدروجين (HF) الناتج عن تحلل CF₄ يخلق بيئة تآكلية عند اتحاده مع الرطوبة، مما يؤدي إلى تكتل جزيئات المحفز الدقيقة وتغيير هيكله. وبالتالي، كانت المحفزات التقليدية تفقد كفاءتها كلما طالت مدة استخدامها.
استخدم فريق البحث مبدأ 'قوة الاستقلالية'، وهي خاصية تكمن في أنه عند وضع أنواع مختلفة من الذرات داخل هيكل واحد، يصبح الترتيب معقداً، لكن الجزيئات لا تميل إلى التكتل ولا يتغير الهيكل بسهولة. قام الفريق بخلط عدة معادن مثل الألومنيوم (Al) والزنك (Zn) والغاليوم (Ga) بشكل متساوٍ ضمن هيكل بلوري ألومينات واحد. في بيئة تتسم بدرجات حرارة عالية والرطوبة والفلور معاً، لم تميل المواد إلى التكتل أو التشوه.
أظهر المحفز الجديد معدل تحلل CF₄ أعلى بحوالي 2.3 مرة مقارنة بالمحفزات التقليدية. وفي تجربة استمرت 150 ساعة عند درجة حرارة حوالي 800 درجة مئوية، انخفضت معدلات تحويل CF₄ للمحفز التقليدي من 93% إلى 48%، بينما حافظ المحفز الجديد على معدل تحويل مرتفع من 98% إلى 92%. أشار فريق البحث إلى أنه يمكن من خلال تغيير أنواع المعادن وتركيباتها تطوير محفزات لمعالجة غازات عمليات صناعية متنوعة في صناعة أشباه الموصلات.
قال الأستاذ تشوي: "طبقنا مبدأ الاستقلالية الموجود في الطبيعة، والذي يمكنه أن يجعل الهيكل مستقراً، على تصميم المحفزات، وبذلك حققنا كفاءة عالية في تحلل CF₄ والاستقرار طويل المدى في آن واحد. تكمن أهمية هذا البحث في تقديم طريقة جديدة لتصميم مواد يمكن توسيع نطاقها إلى محفزات لمعالجة غازات عمليات صناعية متنوعة بتغيير أنواع وتركيبات المعادن."
أعلن فريق البحث بقيادة الأستاذ تشوي مين-كي من قسم الهندسة الحيوية والكيميائية في جامعة كايست (KAIST)، عن تطوير محفز جديد من خلال التعاون المشترك مع شركة سامسونج إلكترونيكس، يتمكن من إزالة رباعي فلوريد الكربون (CF₄)، وهو غاز دفيئة ينبعث من عمليات تصنيع الدوائر الدقيقة في أشباه الموصلات، بكفاءة عالية وعلى مدى فترات طويلة.
يُستخدم غاز CF₄ في تصنيع الدوائر الدقيقة على رقاقات أشباه الموصلات، وتبقى كميات ضئيلة منه بعد العملية الصناعية. وبسبب الترابط القوي بين ذرات الكربون والفلور، فإن الغاز لا ينحل بسهولة. وعند انطلاقه في الغلاف الجوي، يبقى الغاز لفترة تصل إلى حوالي 50 ألف سنة، مع تأثير على الاحتباس الحراري يزيد عن 6000 مرة عن ثاني أكسيد الكربون.
يتم تحلل غاز CF₄ باستخدام محفز يسهل ويسرع التفاعل الكيميائي بين الغاز والبخار المائي عند درجات حرارة مرتفعة. غير أن فلوريد الهيدروجين (HF) الناتج عن تحلل CF₄ يخلق بيئة تآكلية عند اتحاده مع الرطوبة، مما يؤدي إلى تكتل جزيئات المحفز الدقيقة وتغيير هيكله. وبالتالي، كانت المحفزات التقليدية تفقد كفاءتها كلما طالت مدة استخدامها.
استخدم فريق البحث مبدأ 'قوة الاستقلالية'، وهي خاصية تكمن في أنه عند وضع أنواع مختلفة من الذرات داخل هيكل واحد، يصبح الترتيب معقداً، لكن الجزيئات لا تميل إلى التكتل ولا يتغير الهيكل بسهولة. قام الفريق بخلط عدة معادن مثل الألومنيوم (Al) والزنك (Zn) والغاليوم (Ga) بشكل متساوٍ ضمن هيكل بلوري ألومينات واحد. في بيئة تتسم بدرجات حرارة عالية والرطوبة والفلور معاً، لم تميل المواد إلى التكتل أو التشوه.
أظهر المحفز الجديد معدل تحلل CF₄ أعلى بحوالي 2.3 مرة مقارنة بالمحفزات التقليدية. وفي تجربة استمرت 150 ساعة عند درجة حرارة حوالي 800 درجة مئوية، انخفضت معدلات تحويل CF₄ للمحفز التقليدي من 93% إلى 48%، بينما حافظ المحفز الجديد على معدل تحويل مرتفع من 98% إلى 92%. أشار فريق البحث إلى أنه يمكن من خلال تغيير أنواع المعادن وتركيباتها تطوير محفزات لمعالجة غازات عمليات صناعية متنوعة في صناعة أشباه الموصلات.
قال الأستاذ تشوي: "طبقنا مبدأ الاستقلالية الموجود في الطبيعة، والذي يمكنه أن يجعل الهيكل مستقراً، على تصميم المحفزات، وبذلك حققنا كفاءة عالية في تحلل CF₄ والاستقرار طويل المدى في آن واحد. تكمن أهمية هذا البحث في تقديم طريقة جديدة لتصميم مواد يمكن توسيع نطاقها إلى محفزات لمعالجة غازات عمليات صناعية متنوعة بتغيير أنواع وتركيبات المعادن."
* تمت ترجمة هذا المقال تلقائيًا بواسطة الذكاء الاصطناعي.