مصنوعی ذہانت، 5G کمیونیکیشنز، اور نئی توانائی کی گاڑیوں جیسی ٹیکنالوجیز کی تیز رفتار ترقی نے الیکٹرانک آلات میں بجلی کی کثافت اور انضمام کی سطح کو مسلسل بڑھایا ہے، جس سے آلہ کی کارکردگی کو محدود کرنے والا ایک اہم عنصر "گرمی کی کھپت" بنا ہے۔ روایتی مواد جیسے Al₂O₃، BeO، اور SiC، AlN (ایلومینیم نائٹرائڈ) کے مقابلے میں، اس کی بہترین تھرمل چالکتا، اعلی مکینیکل طاقت، اچھی تھرمل توسیع مماثلت، کیمیائی استحکام، غیر-زہریلا پن، کم ڈائی الیکٹرک مستقل، اور ہائی برقی مزاحمتی صلاحیت، الیکٹریکل میٹریل اور الیکٹریکل مینجمنٹ کے لیے ایک بن گیا ہے۔ تاہم، AlN پاؤڈر عملی ایپلی کیشنز میں ہائیڈولیسس کا شکار ہے۔ مرطوب ہوا کے سامنے آنے پر، اس کی سطح پانی کے ساتھ ایک ناقابل واپسی رد عمل سے گزرتی ہے، جس سے ایلومینیم ہائیڈرو آکسائیڈ [Al(OH)₃]، AlOOH، اور دیگر مصنوعات پیدا ہوتی ہیں۔ یہ نائٹروجن کی خالی جگہوں، بعد میں sintered AlN سیرامکس میں porosity اور آکسیجن کے مواد میں اضافہ، تھرمل چالکتا میں نمایاں کمی، اور یہاں تک کہ استعمال کے دوران امونیا گیس کا اخراج، جو ارد گرد کے اجزاء کو متاثر کر سکتا ہے (مثلاً، پلاٹینم کیٹیلیٹس کو زہر دینا) کا باعث بنتا ہے۔ لہٰذا، AlN کی نشوونما کے لیے مناسب اینٹی-ہائیڈرولیسس طریقوں کی تلاش بہت ضروری ہے۔
ایلومینیم نائٹرائڈ کا ہائیڈرولیسس سلوک
AlN کے ہائیڈولیسس رویے کو تقریباً تین خصوصیت کے مراحل میں تقسیم کیا جا سکتا ہے:
(1) انڈکشن کا دورانیہ: AlN سطح پر پہلے سے موجود بے ساختہ ہائیڈرو آکسائیڈ کمپاؤنڈ (AHC) آہستہ آہستہ تحلیل ہوتا ہے، اور pH کافی حد تک مستحکم رہتا ہے (کمرے کے درجہ حرارت پر 17–180 منٹ تک رہتا ہے؛ انڈکشن کا دورانیہ 90 ڈگری پر غائب ہو جاتا ہے)۔
(2) تیز رد عمل کا دورانیہ: AHC کے تحلیل ہونے کے بعد، AlN سطح بے نقاب ہوتی ہے اور تیزی سے ہائیڈولیسس سے گزرتی ہے تاکہ بے ساختہ AlOOH بن جائے، جو بعد میں کرسٹل لائن بوہمائٹ (AlOOH) میں تبدیل ہو جاتا ہے۔ pH تیزی سے 9-10 تک بڑھ جاتا ہے۔
(3) پروڈکٹ کے استحکام کا دورانیہ: کم درجہ حرارت (22–50 ڈگری) پر، بوہیمائٹ مزید گھل جاتی ہے اور بائرائٹ (-Al(OH)₃) میں دوبارہ تشکیل پاتی ہے۔ زیادہ درجہ حرارت (80-90 ڈگری) پر، بوہیمائٹ مستحکم رہتا ہے اور کوئی بایرائٹ نہیں بنتا۔
ہائیڈرولیسس کے عمل کو متاثر کرنے والے اہم عوامل
1. ماحولیاتی عوامل: ماحولیاتی میڈیم ایک اہم عنصر ہے جو ہر مرحلے کی مدت اور ہائیڈرولیسس مصنوعات کی نوعیت کا تعین کرتا ہے۔
(1) درجہ حرارت: فوکوموٹو وغیرہ۔ پتہ چلا کہ جب درجہ حرارت 77.85 ڈگری سے نیچے ہے، حتمی ہائیڈرولیسس پروڈکٹ Al(OH)₃ ہے؛ 77.85 ڈگری سے اوپر، اہم مصنوعات AlOOH ہے. مضبوط تیزاب (مثال کے طور پر، HCl) یا مضبوط بنیادیں (مثال کے طور پر، NaOH) ہائیڈولیسس کو تیز کرتے ہیں، جب کہ اعتدال پسند مضبوط تیزاب (مثال کے طور پر، H₃PO₄) حفاظتی فاسفیٹ کی تہہ بنا کر ہائیڈولیسس کو روک سکتے ہیں۔
(2) pH: Kocjan نے پایا کہ ابتدائی pH مجموعی طور پر ہائیڈولیسس کی شرح کو تبدیل نہیں کرتا ہے، لیکن pH=10 پر انڈکشن کا دورانیہ ختم ہو جاتا ہے (بے شکل AHC الکلائن حالات میں مستحکم طور پر موجود نہیں ہو سکتا)۔ pH=1–3 کے تیزابی ماحول میں، H⁺ آئن AlN سطح پر OH⁻ کے ساتھ مل سکتے ہیں، جس سے ہائیڈولیسس میں تاخیر ہوتی ہے۔
(3) ماحول: Hou et al. اعلی-درجہ حرارت کے ماحول (1000–1150 ڈگری) کا مطالعہ کیا اور پایا کہ چونکہ H₂O H⁺ کے اندرونی پھیلاؤ کو فروغ دیتا ہے، AlN کا ہائیڈرولیسس/آکسیڈیشن رجحان Ar–20 vol% H₂O ماحول میں سب سے زیادہ ہے، جس کے بعد 21.1% کے بڑے پیمانے پر اضافہ ہوا ہے۔ ایک ہوا–20 vol% H₂O ماحول میں، O₂ H₂O کے ساتھ مقابلہ کرتا ہے، جس کے نتیجے میں صرف 12.0% کا بڑے پیمانے پر اضافہ ہوتا ہے، جو اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ آکسیجن ہائی{11}}درجہ حرارت ہائیڈولیسس کو دباتی ہے۔
2. ذرات کا سائز: مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ نینو-سائز AlN کی ہائیڈولیسس کی شرح ذیلی مائکرون-سائز AlN کے مقابلے میں 5–10 گنا تیز ہے۔ ہائیڈرولیسس سطح کے نقائص جیسے اقدامات سے شروع ہوتا ہے، جو ہائیڈولیسس کینیٹکس پر ذرہ کے سائز اور سطح کی شکل کے اہم اثر کو ظاہر کرتا ہے۔
3. Preparation process: Currently, the industrial production of AlN powder is dominated by carbothermal reduction and direct nitridation methods. Li et al. found that AlN prepared by carbothermal reduction has a stable γ-Al₂O₃ layer on its surface, resulting in the longest induction period (>24 h)، جبکہ براہ راست نائٹریڈیشن کے ذریعے تیار کردہ AlN کے لیے شامل کرنے کی مدت صرف 6 گھنٹے ہے۔