Black silicon
கருப்பு சிலிக்கான் ஒரு குறைக்கடத்தி பொருள், மிகக் குறைந்த பிரதிபலிப்பு மற்றும் அதற்கேற்ப புலப்படும் (மற்றும் அகச்சிவப்பு) ஒளியின் அதிக உறிஞ்சுதலுடன் சிலிக்கானின் மேற்பரப்பு மாற்றம். இந்த மாற்றம் 1980 களில் எதிர்வினை அயனி பொறித்தலின் (RIE) தேவையற்ற பக்க விளைவு என கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. இதேபோன்ற கட்டமைப்பை உருவாக்குவதற்கான பிற முறைகளில் மின் வேதியியல் பொறித்தல், கறை பொறித்தல், உலோக உதவியுடன் இரசாயன பொறித்தல் மற்றும் லேசர் சிகிச்சை (இது ஹார்வர்ட் பல்கலைக்கழகத்தில் எரிக் மசூரின் ஆய்வகத்தில் உருவாக்கப்பட்டது) ஆகியவை அடங்கும். கருப்பு சிலிக்கான் சூரிய ஒளிமின்னழுத்தத் தொழிலுக்கு ஒரு முக்கிய சொத்தாக மாறியுள்ளது, ஏனெனில் இது நிலையான படிக சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்களின் அதிக ஒளியை மின்சாரத்திற்கு மாற்றும் செயல்திறனை செயல்படுத்துகிறது, இது அவற்றின் செலவுகளை கணிசமாகக் குறைக்கிறது. கருப்பு சிலிக்கான் என்பது ஊசி வடிவ மேற்பரப்பு கட்டமைப்பாகும், இதில் ஊசிகள் ஒற்றை படிக சிலிக்கானால் ஆனவை மற்றும் 10 மைக்ரோமீட்டருக்கு மேல் உயரம் மற்றும் 1 மைக்ரோமீட்டருக்கும் குறைவான விட்டம் கொண்டவை. அதன் முக்கிய அம்சம் சம்பவ ஒளியின் அதிகரித்த உறிஞ்சுதலாகும்-சிலிக்கானின் அதிக பிரதிபலிப்பு, இது பொதுவாக அரை-இயல்பான நிகழ்வுக்கு 20-30% ஆகும், இது சுமார் 5 சதவீதமாகக் குறைக்கப்படுகிறது. ஊசிகளால் ஒரு பயனுள்ள ஊடகம் என்று அழைக்கப்படுவதால் இது ஏற்படுகிறது. இந்த ஊடகத்திற்குள், கூர்மையான இடைமுகம் இல்லை, ஆனால் ஒளிவிலகல் குறியீட்டின் தொடர்ச்சியான மாற்றம் ஃப்ரெஸ்னல் பிரதிபலிப்பைக் குறைக்கிறது. தரப்படுத்தப்பட்ட அடுக்கின் ஆழம் தோராயமாக சிலிக்கானில் உள்ள ஒளியின் அலைநீளத்திற்கு சமமாக இருக்கும்போது (வெற்றிடத்தில் உள்ள அலைநீளத்தின் நான்கில் ஒரு பங்கு) பிரதிபலிப்பு 5 சதவீதமாகக் குறைக்கப்படுகிறது; ஆழமான தரங்கள் இன்னும் கருப்பு சிலிக்கானை உற்பத்தி செய்கின்றன. குறைந்த பிரதிபலிப்புக்கு, குறியீட்டு தரப்படுத்தப்பட்ட அடுக்கை உருவாக்கும் நானோ அளவிலான அம்சங்கள் சிதறுவதைத் தவிர்க்க சம்பவ ஒளியின் அலைநீளத்தை விட சிறியதாக இருக்க வேண்டும். பயன்பாடுகள் அசாதாரண ஒளியியல் பண்புகள், சிலிக்கானின் குறைக்கடத்தல் பண்புகளுடன் இணைந்து இந்த பொருளை சென்சார் பயன்பாடுகளுக்கு சுவாரஸ்யமாக்குகின்றன. சாத்தியமான பயன்பாடுகளில் பின்வருவன அடங்கும்ஃ அதிகரித்த உணர்திறன் கொண்ட பட சென்சார்கள் வெப்ப இமேஜிங் கேமராக்கள் அதிக உறிஞ்சுதலின் மூலம் அதிக செயல்திறனுடன் ஃபோட்டோடிடெக்டர். இயந்திர தொடர்புகள் மற்றும் இடைமுகங்கள் டெராஹெர்ட்ஸ் பயன்பாடுகள். சூரிய மின்கலங்கள் பாக்டீரியாவின் செல்லுலார் சவ்வுகளை உடல் ரீதியாக சிதைப்பதன் மூலம் செயல்படும் பாக்டீரியா எதிர்ப்பு மேற்பரப்புகள். மேற்பரப்பு மேம்பட்ட ராமன் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி அம்மோனியா வாயு உணரிகள் உற்பத்தி எதிர்வினை-அயன் பொறித்தல் குறைக்கடத்தி தொழில்நுட்பத்தில், எதிர்வினை-அயன் பொறித்தல் (ஆர்ஐஇ) என்பது பல நூறு மைக்ரோமீட்டர்கள் வரை ஆழமும் மிக உயர்ந்த விகிதமும் கொண்ட அகழிகள் மற்றும் துளைகளை உற்பத்தி செய்வதற்கான ஒரு நிலையான செயல்முறையாகும். போஷ் செயல்முறை RIE இல், இது ஒரு பொறித்தல் மற்றும் செயலற்ற தன்மைக்கு இடையில் மீண்டும் மீண்டும் மாறுவதன் மூலம் அடையப்படுகிறது. கிரையோஜெனிக் RIE உடன், குறைந்த வெப்பநிலை மற்றும் ஆக்ஸிஜன் வாயு இந்த பக்கவாட்டு செயலற்ற தன்மையை உருவாக்குவதன் மூலம் அடைகின்றன, இது திசை அயனிகளால் கீழே இருந்து எளிதில் அகற்றப்படுகிறது. இரண்டு RIE முறைகளும் கருப்பு சிலிக்கானை உற்பத்தி செய்ய முடியும், ஆனால் இதன் விளைவாக உருவாகும் கட்டமைப்பின் உருவவியல் கணிசமாக வேறுபடுகிறது. போஷ் செயல்முறையின் பொறித்தல் மற்றும் செயலற்ற தன்மைக்கு இடையில் மாறுவது அலைவரிசை பக்க சுவர்களை உருவாக்குகிறது, அவை இந்த வழியில் உருவாக்கப்பட்ட கருப்பு சிலிக்கானிலும் காணப்படுகின்றன. எவ்வாறாயினும், பொறிக்கும் போது, சிறிய குப்பைகள் அடி மூலக்கூறில் உள்ளன; அவை அயனி கற்றை மறைக்கின்றன மற்றும் அகற்றப்படாத கட்டமைப்புகளை உருவாக்குகின்றன, மேலும் பின்வரும் பொறித்தல் மற்றும் செயலற்ற படிகளில் உயரமான சிலிக்கான் தூண்கள் ஏற்படுகின்றன. ஒரு சதுர மில்லிமீட்டர் பரப்பளவில் ஒரு மில்லியன் ஊசிகள் உருவாகும் வகையில் இந்த செயல்முறையை அமைக்கலாம். 1999 ஆம் ஆண்டில், எரிக் மசூர் தலைமையிலான ஹார்வர்ட் பல்கலைக்கழக குழு ஒரு செயல்முறையை உருவாக்கியது, இதில் சிலிக்கானை ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர் துடிப்புகளுடன் கதிர்வீச்சு செய்வதன் மூலம் கருப்பு சிலிக்கான் தயாரிக்கப்பட்டது. கந்தக ஹெக்ஸாஃப்ளூரைடு மற்றும் பிற டோபண்டுகளைக் கொண்ட வாயுவின் முன்னிலையில் கதிர்வீச்சுக்குப் பிறகு, சிலிக்கானின் மேற்பரப்பு மைக்ரோமீட்டர் அளவிலான கூம்புகளின் சுய ஒழுங்கமைக்கப்பட்ட நுண்ணோக்கி கட்டமைப்பை உருவாக்குகிறது. இதன் விளைவாக வரும் பொருள் பல குறிப்பிடத்தக்க பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது, அதாவது அகச்சிவப்பு வரம்பு வரை விரிவடையும் உறிஞ்சுதல், சிலிக்கானின் பேண்ட் இடைவெளிக்குக் கீழே, சாதாரண சிலிக்கான் வெளிப்படையான அலைநீளங்கள் உட்பட. கந்தக அணுக்கள் சிலிக்கான் மேற்பரப்புக்கு கட்டாயப்படுத்தப்படுகின்றன, இது குறைந்த பட்டை இடைவெளியைக் கொண்ட ஒரு கட்டமைப்பை உருவாக்குகிறது, எனவே நீண்ட அலைநீளங்களை உறிஞ்சும் திறன் உள்ளது. இதேபோன்ற மேற்பரப்பு மாற்றத்தை வெற்றிடத்தில் அதே வகை லேசர் மற்றும் லேசர் செயலாக்க நிலைமைகளைப் பயன்படுத்தி அடைய முடியும். இந்த விஷயத்தில், தனிப்பட்ட சிலிக்கான் கூம்புகளில் கூர்மையான குறிப்புகள் இல்லை (படத்தைப் பார்க்கவும்). அத்தகைய நுண் கட்டமைக்கப்பட்ட மேற்பரப்பின் பிரதிபலிப்பு மிகவும் குறைவாக உள்ளது, 350-1150 nm நிறமாலை வரம்பில் 3-14%. பிரதிபலிப்பில் இத்தகைய குறைப்பு கூம்பு வடிவவியலால் பங்களிக்கிறது, இது அவற்றுக்கிடையேயான ஒளி உள் பிரதிபலிப்புகளை அதிகரிக்கிறது. எனவே, ஒளி உறிஞ்சப்படுவதற்கான வாய்ப்பு அதிகரிக்கிறது. சூரிய மின்கல உற்பத்தியில் மோனோ-படிக சிலிக்கான் செதில்களின் மேற்பரப்பு கட்டமைப்பிற்கான ஒரு நிலையான தொழில்துறை அணுகுமுறையான அல்கலைன் இரசாயன எட்ச் முறையைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் அடையப்பட்டதை விட எஃப்எஸ் லேசர் டெக்ஸ்டரைசேஷன் மூலம் அடையப்பட்ட உறிஞ்சுதலின் ஆதாயம் உயர்ந்தது. இத்தகைய மேற்பரப்பு மாற்றம் உள்ளூர் படிக நோக்குநிலையிலிருந்து சுயாதீனமாக உள்ளது. பல படிக சிலிக்கான் வேஃபரின் மேற்பரப்பு முழுவதும் ஒரு சீரான டெக்ஸ்சரிங் விளைவை அடைய முடியும். மிகவும் செங்குத்தான கோணங்கள் பிரதிபலிப்பை பூஜ்ஜியத்திற்கு அருகில் குறைக்கின்றன, மேலும் மறுசீரமைப்பின் நிகழ்தகவையும் அதிகரிக்கின்றன, இது சூரிய மின்கலங்களில் பயன்படுத்தப்படுவதைத் தடுக்கிறது. செம்பு நைட்ரேட்டு, பாஸ்பரஸ் அமிலம், ஹைட்ரஜன் புளோரைடு மற்றும் நீர் ஆகியவற்றின் கலவையை ஒரு சிலிக்கான் துவாரத்தில் பயன்படுத்தும்போது, பாஸ்பரஸ் அமிலக் குறைப்பு செப்பு அயனிகளை செம்பு நானோ துகள்களாக குறைக்கிறது. நானோ துகள்கள் வேஃபரின் மேற்பரப்பில் இருந்து எலக்ட்ரான்களை ஈர்க்கிறது, அதை ஆக்சிஜனேற்றுகிறது மற்றும் ஹைட்ரஜன் ஃவுளூரைடு தலைகீழ் பிரமிடு வடிவ நானோபோர்களை சிலிக்கானுக்குள் எரிக்க அனுமதிக்கிறது. இந்த செயல்முறை 590 என்எம் போன்ற சிறிய துளைகளை உருவாக்கியது, அவை 99 சதவீதத்திற்கும் அதிகமான ஒளியை அனுமதிக்கின்றன. இரசாயன பொறித்தல் கருப்பு சிலிக்கானை உலோக உதவி இரசாயன பொறித்தல் (MACE) எனப்படும் செயல்முறையைப் பயன்படுத்தி இரசாயன பொறித்தல் மூலமாகவும் உற்பத்தி செய்யலாம். செயல்பாடு ஒரு சிறிய மின்சார மின்னழுத்தத்தால் பொருள் சார்புடையதாக இருக்கும்போது, உறிஞ்சப்பட்ட ஃபோட்டான்களால் டஜன் கணக்கான எலக்ட்ரான்களைத் தூண்ட முடியும். கருப்பு சிலிக்கான் கண்டறிதலின் உணர்திறன் 100-500 முறைப்படுத்தப்படாத சிலிக்கானை (வழக்கமான சிலிக்கான்) விட, புலப்படும் மற்றும் அகச்சிவப்பு நிறமாலை இரண்டிலும் அதிகமாக உள்ளது. தேசிய புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி ஆய்வகத்தின் ஒரு குழு கருப்பு சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்கள் 18.2% செயல்திறனுடன் இருப்பதாக அறிவித்தது. இந்த கருப்பு சிலிக்கான் பிரதிபலிப்பு எதிர்ப்பு மேற்பரப்பு வெள்ளியின் நானோ துகள்களைப் பயன்படுத்தி உலோக உதவியுடன் பொறிக்கப்பட்ட செயல்முறையால் உருவாக்கப்பட்டது. மே 2015 இல், பின்லாந்தின் ஆல்டோ பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள், யுனிவர்சிடாட் பொலிடக்னிகா டி கட்டலுன்யாவின் ஆராய்ச்சியாளர்களுடன் இணைந்து அணு அடுக்கு படிவு மூலம் நானோ கட்டமைப்புகளில் ஒரு மெல்லிய செயலற்ற படலத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலமும், கலத்தின் பின்புறத்தில் உள்ள அனைத்து உலோக தொடர்புகளையும் ஒருங்கிணைப்பதன் மூலமும் 22.1% செயல்திறனுடன் கருப்பு சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்களை உருவாக்கியுள்ளதாக அறிவித்தனர். மெல்போர்னில் உள்ள ஸ்வின்பர்ன் தொழில்நுட்ப பல்கலைக்கழகத்தில் எலெனா இவானோவா தலைமையிலான குழு 2012 ஆம் ஆண்டில் சிக்கடா இறக்கைகள் மனிதர்களைப் பாதிக்கும் மற்றும் நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பிகளை எதிர்க்கும் ஒரு சந்தர்ப்பவாத கிருமியான சூடோமோனாஸ் எருகினோசாவின் சக்திவாய்ந்த கொலையாளிகள் என்பதைக் கண்டறிந்தது. பாக்டீரியாக்கள் மேற்பரப்பில் குடியேறும்போது துண்டுகளாக வெட்டப்பட்ட வழக்கமான இடைவெளி "நானோபில்லர்களிலிருந்து" விளைவு வந்தது. சிக்கடா இறக்கைகள் மற்றும் கருப்பு சிலிக்கான் இரண்டும் ஒரு ஆய்வகத்தில் அவற்றின் வேகத்தில் வைக்கப்பட்டன, மேலும் இரண்டும் பாக்டீரிசைடு ஆகும். மனித தொடுதலுக்கு மென்மையாக, மேற்பரப்புகள் கிராம்-நெகட்டிவ் மற்றும் கிராம்-பாசிட்டிவ் பாக்டீரியாக்களையும், பாக்டீரியா வித்திகளையும் அழித்தன. மூன்று இலக்கு பாக்டீரியா இனங்கள் பி. எருகினோசா, ஸ்டேஃபிளோகோகஸ் ஆரியஸ் மற்றும் பேசிலஸ் சப்டிலிஸ், பரந்த அளவிலான மண் கிருமி, இது ஆந்த்ராக்ஸின் உறவினர். முதல் மூன்று மணிநேர வெளிப்பாட்டின் போது நிமிடத்திற்கு ஒரு சதுர சென்டிமீட்டருக்கு 450,000 பாக்டீரியாக்கள் அல்லது எஸ். ஆரியஸ் நோயால் பாதிக்கப்பட்ட ஒரு நபரை பாதிக்கத் தேவையான குறைந்தபட்ச அளவை விட 810 மடங்கு மற்றும் பி. எருகினோசாவை விட 77,400 மடங்கு கொல்லும் விகிதம் இருந்தது. இருப்பினும், இவானோவாவின் குழுவின் அளவீட்டு நெறிமுறை இந்த வகையான பாக்டீரியா எதிர்ப்பு மேற்பரப்புகளுக்கு ஏற்றது அல்ல என்பது பின்னர் நிரூபிக்கப்பட்டது. விஸ்கான்சின்-மாடிசனின் சோலசிஸ் பல்கலைக்கழகத்தின் சூரிய மின்கலத்தின் குவாண்டம் செயல்திறனையும் பார்க்கவும். 'ஸ்டீல்த்' பொருள் அகச்சிவப்பு கண்களிலிருந்து சூடான பொருட்களை மறைக்கிறது. அறிவியல் நாளிதழ். www.sciencedaily.com/releases/2018/06/180622174752.htm (23 ஜூன் 2018 இல் அணுகப்பட்டது). குறிப்புகள் வெளிப்புற இணைப்புகள் சியோனிக்ஸ் ஒளி நியூயார்க் டைம்ஸ் கட்டுரையில் "பிளாக் சிலிக்கானை" கொண்டு வருகிறது (NYT சந்தா தேவை) சியோனிக்ஸ் முகப்புப்பக்கம் ஒளிமின்னழுத்தத்திற்கான லேசர்கள்-அறிவு அடிப்படை லேசர்கள் பிவி செயல்திறன் லேசர்களை மேம்படுத்துகின்றன, பிளாஸ்மாஸ் மற்றும் புரோசெட்ஸ் ஃபோட்டோனிக்ஸ்-மறுபரிசீலனை-கட்டமைப்பு டு சிலிஸியம்ஃ பயன்பாடு அவு ஃபோட்டோவோல்டைக் (பிரெஞ்சு மொழியில்) சிலிக்கான் சிலிக்கான், கருப்பு சிலிக்கான் சூரிய மின்கலங்கள் அகச்சிவப்பு சூரிய மின்கலங்கள் மெல்லிய படல செல்களை உருவாக்குகிறது.