Modyfikacja powierzchni szkła za pomocą implantacji jonów

„BÓG STWORZYŁ MATERIĘ, A DIABEŁ JEJ POWIERZCHNIĘ” (WOLFGANG PAULI)

Szkło jest materiałem amorficznym, który przechodzi w stan stały bez etapu krystalizacji.
Z termodynamicznego punktu widzenia szkło jest w stanie nietrwałym. Zastosowanie implantacji jonowej w technologii szkła ma na celu zmianę/poprawę jego właściwości (optycznych, mechanicznych).

Technologia – różnice między nanoszeniem powłok a implantacją:

Implantacja jonów

• Nadaje się dla np.: metali, szkła (szafir), polimerów (np. elastomery)
• Głębokość wnikania od nm do µm
• Elektronowy rezonans cyklotronowy ECR zapewnia implantację jonów o różnych ładunkach
• Elektronowy rezonans cyklotronowy ECR sprawdza się bez pieców dla pierwiastków lekkich i szlachetnych (N, O, C, He, Ne, Ar, Xe), z piecami dla metali.
• Nie istnieje ryzyko delaminacji
• Azotowanie, karbonizacja, domieszkowanie półprzewodników

Nanoszenie powłoki

• Nadaje się do nanoszenia atomów i molekuł
• Grubości od warstwy atomowej
• Odpowiednie przygotowanie powierzchni oraz czyszczenie jest kluczowe
• Istnieje ryzyko delaminacji
• ALD, PVD, CVD, DLC, ewaporacja, rozpylanie

TECHNOLOGIA – IMPLANTATOR JONÓW ZE ŹRÓDŁEM ECR (ELEKTRONOWY REZONANS CYKLOTRONOWY)

Schemat układu:

1. Dopływ gazów
2. Generator mikrofalowy
3. Układ magnesów stałych
4. Komora plazmowa
5. Akcelerator
6. Wiązka jonów
7. Implantowana powierzchnia

IMPLANTACJA JONÓW ZMIENIA WŁAŚCIWOŚCI POWIERZCHNI MATERIAŁU IMPLANTOWANEGO. NADAJE SIĘ DO KAŻDEGO RODZAJU MATERIAŁU.

Po prawej przykład poprawy transmitancji szkła szafirowego (szkło na zegarki) po implantacji jonami azotu. Lewa strona – powierzchnia bez implantacji, Prawa strona po implantacji.

Poniżej przykłady naturalnego szafiru przed i po implantacji jonami azotu. Zdjęcie od frontu to cięta powierzchnia, która była implantowana. [Singkarat et al., 2015]

Materiały: Naturalny i syntetyczny szafir
Implantacja: Azot
Proces: implantacja jonów <100°C
Wniosek: implantacja jonowa znacznie poprawia przepuszczalność świetlną.