ویسکر

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

مقدمه[ویرایش]

رشد ویسکر های نقره روی مقاومت الکتریکی.

اوایل قرن بیستم میلادی، درست در دوره ی استفاده از لوله های مکش الکترونیک، برای لحیم کاری محصولاتشان از ویسکر قلع استفاده کردند. رشته های بسیار کوچک و باریکی که به مو شباهت داشتند در میان این قلع لحیم کاری، دیده شدند که در حال گسترش و رشد بودند. این رشته های باریک مدار های بسیار کوتاهی را تشکیل میدادند.

بطور کلی میتوان مشاهده کرد که در صورت وجود تنش فشاری، ویسکر های فلزی شروع به شکل گیری میکنند.

برای کاهش سرعت رشد و شکل گیری ویسکر های فلزی، به قسمت هایی که با قلع لحیم شده بودند، سرب اضافه کردند.

با توجه به شرایط استفاده از مواد پرخطر، اتحادیه ی اروپا در قرن بیست و یکم، استفاده از قلع را در اکثر لوازم و محصولات الکترونیکی ممنوع کرد. بعد از آن، بر روی جلوگیری از گسترش ویسکر های فلزی با استفاده از غشاء اکسیژنی تمرکز شد.

مکانیزم[ویرایش]

ویسکر های قلع-سرب

پدیده ی ویسکر در فلزات، رشد خود بخودی و ناخواسته ی باریکه هایی به شکل مو در سطح فلزات را به ارمغان می آورد. این اتفاق بیشتر در عنصر فلزات رخ میدهد اما این امکان نیز وجود دارد که حتی ویسکر ها در آلیاژ فلزات نیز مشاهده شوند.

مکانیزم رشد ویسکر ها به خوبی درک نشده است، اما با مشاهدات تجربی میتوان استنباط کرد که با اعمال تنش فشاری، رابطه ی مستقیمی دارد.

ویسکر های فلزی بصورت رشته ای باریک و عمود به سطح فلز رشد و گسترش پیدا میکنند. برای رشد و گسترش ویسکر های فلزی هیچ نیازی به حضور میدان های الکترومغناطیسی و یا انحلال فلز نیست. هنوز بطور قطعی علت رشد این ویسکر ها ی فلزی مشخص نشده است.

آثار مخرب[ویرایش]

ویسکر های فلزی میتوانند باعث بوجود آمدن مدار های کوچک و تخلیه ی الکتریکی در قطعات الکترونیکی شوند. این پدیده ابتدا در اوساط قرن بیستم میلادی توسط شرکت های مخابراتی کشف شد.

رشد و گسترش ویسکر(نوار باریکه)

یکی دیگر از آثار مخربی که در سرور های کامپیوتری مشاهده میشود، در واقع بخاطر شکل گیری ویسکر های روی میباشند. ویسکر های روی، از سطوح فلزی گالوانیزه شده با سرعت نزدیک به 1 میلیمتر در سال رشد میکنند. این ویسکر های فلزی بسیار باریک هستند و قطر آنها تنها در حدود چند میکرومتر میباشد. این باریکی ِ بیش از اندازه ی ویسکر های فلز روی باعث میشود که این ویسکر ها حتی از فیلتر های هوای داخل قطعات الکترونیکی نیز عبور کنند و باعث تشکیل مدار کوچک و آثار مخرب در روند کاری آن قطعه شود.

ویسکر های نقره معمولا در محل اجتماع با یک لایه از نقره سولفید تشکیل میشوند. وجود هیدروژن سولفید و رطوبت بالا به گسترش و رشد ویسکر های فلزی بسیار کمک میکنند.

ویسکر های قلع در خلا میتوانند آثار بسیار مخربی داشته باشند. در قطعااتی که با انرژی بسیاری سر و کار دارند، یک جریان کوچک ویسکر به یک پلاسما یونیزه میشود و میتواند جریانی چند صد آمپری بوجود آورد که صدمات بسیار زیادی را به قطعه ی مورد نظر وارد میکند.

راهکار های کاهش آثار مخرب[ویرایش]

پوشش های سرامیکی و پلیمری میتوانند جلوی رشد و گسترش ویسکر ها را تا حدودی بگیرند.

در برخی آزمایش ها به کمک پایانه های نیکل،طلا و یا پالادیوم، با تشکیل یک روکش موفق به حدف ویسکر های فلزی شدند.

ویسکر های تک کریستالی[ویرایش]

ویسکر های تک کریستالی رشته‌هایی با ساختار بلوری نسبتاً کامل بوده و اغلب بدون نقص هستند. این امر باعث می‌شود که استحکام ویسکرها در برابر تنش،  به استحکام تئوری بدست آمده از مکانیک محیط‌های پیوسته نزدیک باشد. از تک کریستالی بودن ِ آن ها میتوان فهمید که خواص در طول کریستال، ناهمسانگرد میباشند.

ساختا پلی نانو ویسکر K. Kimura, S. Yamazaki, Y. Matsuoka, and Y. Yamashita

این ویسکرهای تک کریستالی قادرند تنش های کششی بسیار زیاد و در حدود 10 گیگاپاسکال را تحمل کنند و از خود انعطاف پذیری بسیار بالایی نشان دهند. همانگونه که پیش تر اشاره شد، اگر بجای این مقادیر بسیار کم و در ابعاد نانو، مقادیر بزرگتری ویسکر داشته باشیم باعث بروز مشکلات متنوعی، به خصوص در سیستم های الکتریکی میشوند.

از آنجایی که تولید و ساخت ویسکر های تک کریستالی برای مقادیر زیاد امری بسیار دشوار میباشد، ویسکر های تک کریستالی اغلب در کامپوزیت ها و در مقادیر کم مورد استفاده قرار میگیرند.

ابعاد آنها به قدری کوچک میباشد که قابلیت واکنش پذیری شیمیاییِ آنها را بسیار بالا میبرد و امکان دارد به راحتی از طریق تماس پوستی و یا بطور شایع تر، از طریق تنفس وارد بدن انسان شوند و موجوب واکنش های خطرناک شیمیایی شوند و پیامد های مخربی در پی داشته باشند. به همین جهت استفاده از ویسکر های تک کریستالی برای مصارف رایج به کلی ممنوع شده است.

معمولا قطر مقاطع ِ نانو ویسکر های تک کریستالی بین 1 تا 100 نانومتر میباشد و آنها بسیار باریک اند. نسبت ِ طول به قطر مقطع در نانو ویسکر های تک کریستالی بیش از 100 میباشد.

استفاده های گونان از نانوویسکر های تک کریستالی در کامپوزیت ها، در نهایت باعث در اختیار داشتن ِ ماده ای با خواص ِ بسیار بهبود یافته از نظر مقاومت در برابر تنش و ترک خوردن و شکست و خوردگی و بسیاری خواص مکانیکی دیگر میشود. بدین ترتیب میتوانیم برای دستگاه های خاص که مسلما موادی خاص هم برای ساخته شدنشان میطلبند، تهیه کنیم. بدون آنکه در ابعاد بزرگ تغییری ایجاد کنیم، با استفاده از ماهیت کوچک اما تاثیر گذار ِ نانو ویسکر های تک کریستال، ساختن ِ بسیاری از دستگاه های پیشرفته را عملی کنیم.

کاربرد هایی از نانو ویسکر[ویرایش]

بهبود خواص مکانیکی پلیمرهای مصنوعی و طبیعی:

ویسکر‌ها یا نانوکریستالهای سلولز که ذرات میله ای شکل با درجه تبلور بالا و سطح مشترک ویژه در حدود چند صد مترمربع در هر گرم هستند به دلیل ساختار تک کریستالی، شکل میله ای بلند و منظم و همچنین قیمت پایین، گزینه مناسبی هستند.این نانوویسکر ها در دسترس و تجدید پذیر هستند.

جایگزین کردن محصولات حاصل از پلیمر‌های غیر‌قابل تجزیه‌‌ باماده ای زیست تخریب پذیر:

سرمایه گذاری در این زمینه برای کاهش آلودگیهای زیست محیطی لازم بسیار پر اهمیت است.

بدین ترتیب نانو ویسکر ها کاربرد های بسیار گسترده ای در جهت حفظ محیط زیست، پیشرفت های صنعتی و ...دارند.

بهینه سازی به کمک این نانو ویسکر ها احتیاج به مطالعات گسترده و دستگاه های خاص و رعایت نکات امنیتی بسیاری میباشد، اما با توجه به پیشرفت های محسوسی که میتوان در این راستا داشت مسلما در آینده ای نزدیک، استفاده از آنها در ساخت مواد بسیار گسترده تر خواهد شد.

منابع[ویرایش]