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Qu'est-ce que la sublimation inverse?
Le sublimation inverse ou régressif, appelé aussi dépôt ou solidification d'un gaz par refroidissement, est l'opposé de la sublimation, qui vaporise les solides sans les liquéfier au préalable.
En chimie, le dépôt est largement utilisé pour créer des matériaux dans l'industrie, en particulier pour appliquer un revêtement mince sur les matériaux utilisés pour la coupe ou la forme.
De nombreuses études sont en cours dans le domaine du dépôt chimique en phase vapeur, notamment dans le domaine des matériaux utilisés pour recouvrir les polymères et pour trouver des matériaux moins nocifs pour l'environnement (Anne Marie Helmenstine, 2016).
À une température donnée, la plupart des composés et des éléments chimiques peuvent posséder l'un des trois états différents de la matière à différentes pressions.
Dans ces cas, le passage de l'état solide à l'état gazeux nécessite un état liquide intermédiaire. Mais à des températures inférieures au point triple, une augmentation de la pression entraînera une transition de phase, directement du gaz au solide.
De plus, à des pressions inférieures à la pression du point triple, une diminution de la température entraînera la formation d'un gaz solide sans traverser la région liquide (Boundless, S.F.).
Exemples de sublimation inverse
La glace et la neige sont les exemples les plus courants de sublimation inverse. La neige qui tombe en hiver est le produit de la surfusion de la vapeur d'eau trouvée dans les nuages.
Le gel est un autre exemple de déposition qui peut être considéré comme une expérience en chimie qui décrit les changements dans les états de la matière.
Par exemple, vous pouvez expérimenter des dépôts et de l'air en surfusion en observant des exemples de gel à l'automne, en hiver ou même au printemps.
Vous pouvez également expérimenter avec une boîte en aluminium et de l'eau salée très froide. Les météorologistes ont pu tester les dépôts directement au cours de l'hiver 2014 en raison des températures inférieures à zéro dans de nombreuses régions des États-Unis.
Les diodes électroluminescentes, ou LED, sont recouvertes de différentes substances par dépôt.
Les diamants synthétiques peuvent également être fabriqués en utilisant un dépôt chimique, ce qui signifie que des diamants de toutes formes, tailles et couleurs peuvent être fabriqués en refroidissant artificiellement le gaz carbonique.
Les élèves peuvent expérimenter la fabrication d'un diamant synthétique sans toute la chaleur et la pression (Garrett-Hatfield, S.F.).
Applications de la sublimation
1- Dépôt en phase vapeur
Le dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD) est un nom générique pour un groupe de processus qui consiste à déposer un matériau solide en phase gazeuse et qui, sous certains aspects, est similaire au dépôt physique en phase vapeur (PVD). ).
Le PVD diffère en ce que les précurseurs sont solides, le matériau à déposer étant vaporisé à partir d'un blanc solide et déposé sur le substrat.
Les gaz précurseurs (souvent dilués dans les gaz vecteurs) sont acheminés vers la chambre de réaction aux températures ambiantes.
Lorsqu'elles passent ou entrent en contact avec un substrat chauffé, elles réagissent ou se décomposent en formant une phase solide qui se dépose sur le substrat.
La température du substrat est critique et peut influencer les réactions qui vont avoir lieu (AZoM, 2002).
En un sens, vous pouvez suivre la technologie du dépôt chimique en phase vapeur, ou CVD, depuis la préhistoire:
"Quand les hommes des cavernes ont allumé une lampe et de la suie s'est déposée sur le mur d'une grotte", dit-il, c'était une forme rudimentaire de CVD.
De nos jours, le CVD est un outil de fabrication de base, utilisé dans tous les domaines, des lunettes de soleil aux sacs de croustilles. Il est essentiel à la production d'une grande partie de l'électronique actuelle.
C'est aussi une technique sujette au raffinement et à l'expansion constante, poussant la recherche de matériaux dans de nouvelles directions, telles que la production de grandes feuilles de graphène ou le développement de cellules solaires pouvant être "imprimées" sur une feuille de papier ou de plastique ( Chandler, 2015).
2- Dépôt physique des vapeurs
Le dépôt physique en phase vapeur (PVD) est essentiellement une technique de revêtement par vaporisation, qui implique le transfert de matière au niveau atomique. C'est un processus alternatif à la galvanoplastie
Le processus est similaire au dépôt chimique en phase vapeur (CVD), sauf que les matières premières / précurseurs.
C'est-à-dire que le matériau à déposer commence sous forme solide, tandis que dans le procédé CVD, les précurseurs sont introduits dans la chambre de réaction à l'état gazeux.
Il intègre des processus tels que le revêtement par pulvérisation et le dépôt par impulsions laser (AZoM, 2002).
Dans le procédé PVD, le matériau de revêtement solide de haute pureté (métaux tels que le titane, le chrome et l'aluminium) est évaporé par la chaleur ou par bombardement ionique (pulvérisation cathodique).
Dans le même temps, un gaz réactif (par exemple de l'azote ou un gaz contenant du carbone) est ajouté.
Il forme un composé avec la vapeur métallique qui se dépose sur les outils ou les composants en tant que revêtement mince et hautement adhérent.
Une épaisseur de revêtement uniforme est obtenue en faisant tourner les pièces à une vitesse constante autour de plusieurs axes (Oerlikon Balzer, S.F.).
3- Dépôt de couches atomiques
Le dépôt de couches atomiques (DCA) est une technique de dépôt en phase vapeur capable de déposer des films fins de haute qualité, uniformes et souples à des températures relativement basses.
Ces propriétés exceptionnelles peuvent être utilisées pour résoudre les problèmes de traitement de divers types de cellules solaires de nouvelle génération.
Par conséquent, le DCA pour les cellules photovoltaïques a suscité un grand intérêt dans la recherche universitaire et industrielle au cours des dernières années (J A van Delft, 2012).
Le dépôt de couches atomiques constitue un outil unique pour la croissance de films minces avec un excellent contrôle de conformité et d'épaisseur aux niveaux atomiques.
L'application du DCA dans la recherche énergétique a fait l'objet d'une attention croissante ces dernières années.
En technologie solaire, le nitrure de silicium Si3N4 est utilisé comme couche antireflet. Cette couche provoque la couleur bleu foncé des cellules solaires en silicium cristallin.
Le dépôt est réalisé avec un plasma amélioré dans un système PECVD (dépôt chimique en phase vapeur renforcé par plasma) (Wenbin Niu, 2015).
La technologie PECVD permet un dépôt rapide de la couche de nitrure de silicium. La couverture des bords est bonne.
En général, le silane et l'ammoniac sont utilisés comme matière première. Le dépôt peut avoir lieu à des températures inférieures à 400 ° C (Crystec Technology Trading, S.F.).
Références
- Anne Marie Helmenstine, P. (20 juin 2016). Définition de la sublimation (transition de phase en chimie). Récupéré de thoughtco.com.
- (31 juillet 2002). Dépôt chimique en phase vapeur (CVD) - une introduction. Récupéré de azom.com.
- (2002, 6 août). Dépôt physique en phase vapeur (PVD) - Une introduction. Récupéré de azom.com.
- (S.F.). Transition solide en phase gazeuse. Récupéré de boundless.com.
- Chandler, D. L. (19 juin 2015). Expliqué: dépôt chimique en phase vapeur. Récupéré de news.mit.edu.
- Crystec Technology Trading. (S.F.). Dépôt de couches antiréflexion de nitrure de silicium sur des cellules solaires en silicium cristallin par la technologie PECVD. Récupéré de crystec.com.
- Garrett-Hatfield, L. (S.F.). Déposition dans des expériences de chimie. Récupéré de education.seattlepi.com.
- J A van Delft, D. G.-A. (22 juin 2012). Dépôt de couche atomique pour le photovoltaïque:. Récupéré de tue.n.
- Oerlikon Balzer. (S.F.). Processus basés sur le PVD. Récupéré de oerlikon.com.
- Wenbin Niu, X. L. (2015). Applications du dépôt de couche atomique dans les cellules solaires. Nanotechnology, Volume 26, Number 6.