অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড (AlN) অত্যন্ত উচ্চ তাত্ত্বিক তাপ পরিবাহিতা (~320 W/(m·K)), চমৎকার বৈদ্যুতিক নিরোধক, কম অস্তরক ক্ষতি, এবং অর্ধপরিবাহী পদার্থের সাথে মিলিত তাপ সম্প্রসারণের একটি সহগ ধারণ করে। উচ্চ-পাওয়ার চিপ প্যাকেজিং সাবস্ট্রেটের জন্য আদর্শ উপাদান, তাপীয় পরিবাহী গ্রীস এবং জেলে একটি মূল কার্যকরী ফিলার, বা কঠোর পরিবেশে কাজ করা নির্ভুল সিরামিক উপাদান, AlN কার্যক্ষমতার সীমানা ঠেলে দেয়। যাইহোক, AlN পাউডার হাইড্রোলাইসিসের জন্য অত্যন্ত সংবেদনশীল, অক্সিজেন তৈরি করে-অমেধ্য রয়েছে (যেমন, -AlOOH, Al(OH)₃, -Al₂O₃), যা উল্লেখযোগ্যভাবে পাউডার বিশুদ্ধতা হ্রাস করে এবং চূড়ান্ত পণ্যগুলির তাপ পরিবাহিতা হ্রাস করে৷ আরও সমালোচনামূলকভাবে, হাইড্রোলাইসিস পণ্যগুলি সরাসরি AlN সিরামিকের জন্য জল-ভিত্তিক গঠন প্রক্রিয়াগুলির বিকাশ এবং প্রয়োগকে বাধা দেয় (যেমন, টেপ ঢালাই, জেলকাস্টিং)। তাই, যেহেতু AlN-এর প্রয়োগের পরিস্থিতি বিস্তৃত হচ্ছে-বিশেষ করে উচ্চ-আর্দ্রতা পরিবেশ এবং জলীয় সিস্টেমের সাথে যোগাযোগের জন্য ক্রমবর্ধমান প্রয়োজনীয়তা{14}}AlN পাউডারের অ্যান্টি-হাইড্রোলাইসিস স্থায়িত্ব উন্নত করা তার অসামান্য বৈশিষ্ট্যগুলির নির্ভরযোগ্য উপলব্ধি নিশ্চিত করার জন্য একটি মূল প্রযুক্তিগত বাধা হয়ে দাঁড়িয়েছে।
অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইডের হাইড্রোলাইসিস মেকানিজম
বর্তমান উৎপাদন প্রক্রিয়া এবং পরিবেশগত সংবেদনশীলতা দ্বারা সীমাবদ্ধ, উচ্চ-বিশুদ্ধতা AlN পাউডারের শিল্প উত্পাদন চ্যালেঞ্জিং রয়ে গেছে। প্রথমত, যখন AlN জলের সাথে যোগাযোগ করে, তখন জলের অণুগুলি থেকে হাইড্রক্সিল গ্রুপগুলি (–OH) AlN-এ নাইট্রোজেন (N) এবং অ্যালুমিনিয়াম (Al) এর সাথে মিথস্ক্রিয়া করে, স্ফটিক গঠনকে ব্যাহত করে এবং নিরাকার মধ্যবর্তী পণ্য (AlOOH) এবং NH₃ গঠন করে। নিঃসৃত NH₃ আরও অ্যামোনিয়াম (NH₄⁺) এবং হাইড্রক্সাইড আয়ন (OH⁻) তৈরি করতে জলের সাথে বিক্রিয়া করে, এবং এক্সোথার্মিক প্রকৃতি সিস্টেমের তাপমাত্রা এবং ক্ষারত্ব (pH > 9) বাড়ায়, যা পরবর্তী প্রতিক্রিয়াগুলিকে সহজতর করে। নির্দিষ্ট তাপমাত্রা এবং ক্ষারীয় অবস্থার অধীনে, নিরাকার AlOOH আবার জলের সাথে বিক্রিয়া করে Al(OH)₃ তৈরি করে। পরিশেষে, AlN সম্পূর্ণরূপে Al(OH)₃ এবং NH₃-এ হাইড্রোলাইজ করে।
এটি লক্ষণীয় যে এই হাইড্রোলাইসিস প্রক্রিয়াটি AlN পাউডার এবং তরল জলের মধ্যে সরাসরি যোগাযোগের মধ্যে সীমাবদ্ধ নয়। বায়ুর সংস্পর্শ বায়ুমণ্ডলীয় আর্দ্রতা শোষণ করে হাইড্রোলাইসিসকে প্ররোচিত করতে পারে। অধিকন্তু, AlN কণার পৃষ্ঠের ত্রুটি বা অন্যান্য অমেধ্যের উপস্থিতি উল্লেখযোগ্যভাবে হাইড্রোলাইসিস প্রতিক্রিয়াকে অনুঘটক করে। অতএব, জলের দিকে পাউডার পৃষ্ঠের রাসায়নিক কার্যকলাপ কমাতে পৃষ্ঠের পরিবর্তন প্রয়োজন।
অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইডের জন্য অ্যান্টি-হাইড্রোলাইসিস পরিবর্তন প্রযুক্তি
AlN এর হাইড্রোলাইসিস সমস্যা সমাধানের জন্য, দুটি প্রধান পরিবর্তন কৌশল বিদ্যমান: তাপ চিকিত্সা এবং পৃষ্ঠ পরিবর্তন। সারফেস পরিবর্তনকে আবার অজৈব এবং জৈব পদ্ধতিতে ভাগ করা হয়েছে।
01 থার্মাল ট্রিটমেন্ট
এই পদ্ধতিতে একটি নির্দিষ্ট বায়ুমণ্ডলের অধীনে AlN পাউডারের উচ্চ-তাপমাত্রার চিকিত্সা জড়িত, অক্সিজেন সামগ্রী, তাপমাত্রা এবং অক্সিডেশন সময় নিয়ন্ত্রণ করে একটি ভৌত বাধা হিসাবে পৃষ্ঠের উপর একটি ঘন Al₂O₃ ফিল্ম তৈরি করে, যার ফলে পাউডারের হাইড্রোলাইসিস প্রতিরোধের কিছু পরিমাণে উন্নতি হয়। যদিও এই পদ্ধতিটি সহজ এবং কম খরচে, তবে এর মূল ত্রুটি হল যে তাপীয় চিকিত্সার সময় Al₂O₃ পর্বের অনিবার্য প্রবর্তন চূড়ান্ত AlN সিরামিকের তাপ পরিবাহিতার মতো গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্যগুলিকে উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে। এইভাবে, এটি উচ্চ-মানের AlN স্টোরেজ এবং অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একটি আদর্শ অ্যান্টি-হাইড্রোলাইসিস রুট হিসাবে বিবেচিত হয় না।
02 অজৈব পৃষ্ঠ পরিবর্তন
অজৈব পৃষ্ঠ পরিবর্তন প্রধানত AlN রক্ষা করতে H₂SiO₃ বা H₃PO₄ এর মতো অজৈব অ্যাসিড ব্যবহার করে, পৃষ্ঠের উপর একটি পাতলা ফিল্মের মতো স্তর তৈরি করে যা দ্রবণে হাইড্রোলাইসিসকে দমন করে। সাধারণত, গঠিত ফিল্মের দ্রবণীয়তা হাইড্রোলাইসিস আচরণকে ব্যাপকভাবে প্রভাবিত করে। উদাহরণস্বরূপ, গরম এবং ঠান্ডা উভয় জলেই অ্যালুমিনিয়াম সিলিকেটের খুব কম দ্রবণীয়তা রয়েছে, যখন অ্যালুমিনিয়াম ফসফেটের গরম জলে উচ্চতর দ্রবণীয়তা রয়েছে। অতএব, উচ্চ তাপমাত্রায়, H₂SiO₃-এর অ্যান্টি-হাইড্রোলাইসিস প্রভাব H₃PO₄ এর তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে ভাল। উপরন্তু, এই পরিবর্তনের কার্যকারিতা AlN পাউডারের কণা আকারের সাথে সম্পর্কিত। ছোট কণাগুলি উচ্চতর পৃষ্ঠের কার্যকলাপ এবং অজৈব অ্যাসিডগুলির জন্য শক্তিশালী শোষণ ক্ষমতার অধিকারী, যা একটি আরও স্পষ্ট অ্যান্টি-হাইড্রোলাইসিস প্রভাবের দিকে পরিচালিত করে। বৃহত্তর কণার জন্য, আবরণ প্রভাব ছোট-আকারের তুলনায় কম কার্যকর, তাই ছোট আকার পছন্দ করা হয়। অজৈব অ্যাসিড ধোয়ার পাশাপাশি, একটি Al(H₂PO₄)₃ দ্রবণ দিয়ে চিকিত্সা ফসফেট অ্যানিয়নগুলিকে অ্যালএন কণা পৃষ্ঠে ফসফেটের অন্তত একটি মনোলেয়ার তৈরি করতে দেয়, জল প্রবেশ রোধ করে। তাই, একটি একক উচ্চ-তাপমাত্রা Al(H₂PO₄)₃ দ্রবণ চিকিত্সা ব্যবহার করে, বা এটিকে অজৈব অ্যাসিড ধোয়ার সাথে একত্রিত করাও একটি কার্যকর অ্যান্টি-হাইড্রোলাইসিস পরিবর্তন পদ্ধতি। অজৈবভাবে পৃষ্ঠ-সংশোধিত AlN ভাল হাইড্রোলাইসিস প্রতিরোধের এবং কম খরচে প্রদর্শন করে, এটি একটি ব্যবহারিক এবং প্রতিশ্রুতিশীল চিকিত্সা পদ্ধতি তৈরি করে।
03 জৈব পৃষ্ঠ পরিবর্তন
জৈব পৃষ্ঠের পরিবর্তন সাধারণত AlN পাউডার পৃষ্ঠের আবরণ বা ইন-সিটু পলিমারাইজেশন সঞ্চালনের জন্য হাইড্রোফোবিক লং-চেইন জৈব অণু ব্যবহার করে, যার ফলে জলের অণুগুলিকে AlN পৃষ্ঠের সাথে যোগাযোগ করতে বাধা দেয় এবং এইভাবে হাইড্রোলাইসিস প্রতিরোধের উন্নতি করে। এই পদ্ধতিতে সহজ প্রক্রিয়াকরণ, সংক্ষিপ্ত চিকিত্সার সময় এবং উল্লেখযোগ্য পরিবর্তনের প্রভাব রয়েছে, পাশাপাশি কিছু পরিমাণে তরল সাসপেনশনে AlN পাউডারের বিচ্ছুরণযোগ্যতাও উন্নত করে। সাধারণত ব্যবহৃত জৈব সংশোধক জৈব কার্বক্সিলিক অ্যাসিড এবং স্টিয়ারিক অ্যাসিড অন্তর্ভুক্ত করে। এই ধরনের জৈব অ্যাসিডের কার্বক্সিল গ্রুপগুলি AlN পৃষ্ঠের হাইড্রোক্সিল গ্রুপের সাথে মিথস্ক্রিয়া এবং প্রতিক্রিয়া করতে পারে, একটি দীর্ঘ জৈব শৃঙ্খল দিয়ে AlN পৃষ্ঠকে আবৃত করে যা একটি কার্যকর জলরোধী স্তর গঠন করে। উপরন্তু, কাপলিং এজেন্ট-অ্যাডিটিভ যা অজৈব এবং জৈব পদার্থের মধ্যে ইন্টারফেসিয়াল বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করে-হাইড্রোফিলিক এবং হাইড্রোফোবিক উভয় গ্রুপই ধারণ করে। হাইড্রোফোবিক গ্রুপ রাসায়নিকভাবে জৈব পদার্থের সাথে প্রতিক্রিয়া করে বা তাদের সাথে ভাল সামঞ্জস্য রয়েছে, যখন হাইড্রোফিলিক গ্রুপ অজৈব পদার্থের সাথে রাসায়নিক বন্ধন গঠন করতে পারে। AlN-এর জন্য সংশোধক হিসাবে ব্যবহৃত হলে, হাইড্রোফিলিক গ্রুপ AlN পৃষ্ঠের সাথে বন্ধন করে, যখন হাইড্রোফোবিক গ্রুপ AlN পৃষ্ঠে উন্মুক্ত হয়, হাইড্রোফোবিসিটি প্রদান করে এবং এইভাবে জল এবং AlN পৃষ্ঠের মধ্যে সরাসরি যোগাযোগ প্রতিরোধ করে, যার ফলে হাইড্রোলাইসিস প্রতিরোধের উন্নতি হয়। যাইহোক, যেহেতু জৈব পদার্থের সাধারণত দুর্বল তাপীয় স্থিতিশীলতা থাকে, এই কৌশলটির প্রয়োগে কিছু সীমাবদ্ধতা রয়েছে।