Pembuatan pola 3D dengan pengendapan uap kimia dari sistem eutektik keramik untuk mendapatkan fosfor baru dalam keadaan padat

Struktur eutektik logam dan keramik terjadi ketika beberapa fase padat dari fase cair menjadi padat, membentuk pola tiga dimensi (3D) melalui fenomena pengaturan diri. Secara tradisional diyakini bahwa struktur eutektik hanya dapat diperoleh melalui proses pemadatan lelehan.

Para peneliti di Universitas Nasional Yokohama (YNU) telah mengembangkan proses deposisi uap kimia (CVD) yang memungkinkan gas unsur bereaksi dan menghasilkan senyawa padat dengan struktur teratur dalam yttrium alumina garnet – sistem eutektik keramik alumina.

Dalam studi mereka, mereka mengamati pertumbuhan kristal YAG berbentuk batang dan pipih yang tersusun secara spasial dalam matriks alumina pada wafer safir dalam kondisi kaya Al. Sebaliknya, dalam kondisi kaya Y, mereka mengamati pertumbuhan kristal alumina yang disusun dengan matriks YAG. Pilihan kristal biji safir dan komposisi metamaterial menentukan pola 3D. Dibandingkan dengan proses pemadatan lelehan, proses CVD telah memperluas jangkauan kombinasi kimia yang dapat menghasilkan pola tersebut.

Eutektik YAG-alumina yang diendapkan secara kimiawi dapat didoping dengan elemen tanah jarang tambahan, yang bertindak sebagai pusat pendaran. Misalnya, ion cerium memancarkan cahaya kuning ketika disinari dengan LED biru, yang menghasilkan cahaya putih untuk iluminasi keadaan padat. Ion europium memancarkan cahaya merah untuk radiografi sinar-X saat terkena sinar-X yang melewati perangkat semikonduktor. “Eksperimen kami menunjukkan aplikasi potensial YAG-alumina kimiawi eutektik sebagai LED tahan lingkungan dan pencitraan sinar-X beresolusi tinggi,” kata Yuri Mitsuhashi, penulis utama studi tersebut, yang melakukan eksperimen saat menjadi mahasiswa pascasarjana di YNU.

Alumina telah lama dikenal sebagai bahan keramik tahan api yang kuat dan umumnya digunakan untuk komponen struktural dan optik. Aluminat, termasuk garnet aluminium tanah jarang dan perovskit, telah dipelajari secara ekstensif sebagai bahan keramik fungsional, seperti laser, fosfor, dan bahan energi.

“Di antara aluminat, garnet aluminium dan perovskit memiliki sifat yang menarik dan untungnya memiliki sistem eutektik dengan alumina,” kata Shugen Matsumoto, yang membangun sistem pencitraan sinar-X laboratorium selama Ph.D. di YNU. Dia berkata, “Kita bisa membuat kristal baru yang memadukan keunggulan alumina dan aluminat.”

Temuan ini menyoroti bahwa penciptaan pola 3D pada komposit keramik eutektik dapat terjadi tidak hanya melalui proses pemadatan lelehan tetapi juga melalui proses pengendapan uap. “CVD siap membuat komposit eutektik keramik sebagai lapisan fungsional atau pelindung di atas bahan substrat,” kata Akihiko Ito, profesor di YNU dan peneliti utama.

“Sebaliknya, proses pemadatan lelehan, yang membutuhkan penuangan lelehan dengan suhu tinggi di atas 2.000°C untuk membentuk lapisan komposit keramik pada substrat, tidak praktis. Penelitian lebih lanjut akan fokus untuk menjelaskan mekanisme yang mendasari eutektik kimiawi,” kata Ito. .

Hasilnya dipublikasikan di Jurnal Masyarakat Keramik Amerika.