زمانی که به موضوعات مرتبط با برق، بهره‌وری انرژی و انرژی‌های پاک می‌پردازیم، آرگون نقش مهمی در بهبود کیفیت زندگی ما ایفا می‌کند. این گاز در استفاده‌های روزمره در خانه‌ها، محل‌های کار و تقریباً در هر ساختمانی که وارد می‌شویم، حضور دارد. آرگون در بسیاری از کاربردهای حیاتی در صنایع پزشکی، ساختمانی، صنعتی و همچنین در صنایع غذایی و نوشیدنی به کار می‌رود. علاوه بر این، این گاز در برنامه‌های مختلفی که به برق و انرژی پاک مربوط می‌شوند و ما به‌طور روزانه از آنها استفاده می‌کنیم، مانند لامپ‌های رشته‌ای و پنل‌های خورشیدی، وجود دارد.
آرگون یکی از اعضای گروهی از گازهای عنصری است که به نام گازهای نجیب شناخته می‌شوند. هر یک از این گازها از اتم‌هایی تشکیل شده‌اند که لایه الکترونی خارجی آنها به طور کامل پر شده است. این ساختار الکترونی خاص باعث می‌شود که تمامی گازهای نجیب به طور قابل توجهی غیر فعال باشند و در برابر واکنش‌های شیمیایی، حتی با مواد بسیار واکنش‌پذیر، مقاومت کنند.
این گاز به راحتی از طریق تقطیر برودتی هوا به دست می‌آید، زیرا تقریباً 0.9٪ از جو زمین را تشکیل می‌دهد و به عنوان سومین گاز فراوان و ارزان‌ترین گاز شناخته می‌شود.در تولید لوازم الکترونیکی، به ویژه در موقعیت‌هایی که نیتروژن نمی‌تواند سطح بالایی از بی‌اثری را تأمین کند، از این روش‌ها استفاده می‌شود تا محیطی خنثی و محافظ برای مواد و اجزای حساس ایجاد شود.
این ویژگی مانع از واکنش آنها با بخار آب، اکسیژن و سایر گازهای موجود در هوا می‌شود .
به طور مثال بسیاری از اجزای غیرفعال در فرآیند تولید نیاز به شلیک دارند تا به تخته‌های سرامیکی یا قطعات روی تراشه متصل شوند. برای جلوگیری از واکنش‌های ناخواسته و ایجاد اتصالات مؤثر به بستر، معمولاً از گاز آرگون به عنوان یک محیط خنثی و محافظ استفاده می‌شود، به ویژه در دماهای بالا.
تولید نمایشگرهای صفحه تخت و ماژول‌های فتوولتائیک نیز از دیگر کاربردهای گاز آرگون در الکترونیک به شمار می‌رود. همچنین، این گاز در فشار دادن محفظه‌های LED برای حفاظت از مدارهای اپتوالکترونیک و افزایش عمر مفید آنها و نیمه هادی ها نیز به کار می‌رود.
نیمه هادی ها چه نقشی در زندگی روزمره ما دارند؟
نیمه هادی‌ها در انواع دستگاه‌های روزمره مانند کامپیوترها، گوشی‌های هوشمند، تلویزیون‌ها و همچنین در فناوری‌های پیشرفته‌ای نظیر تجهیزات پزشکی، سیستم‌های نظامی و بسیاری از کاربردهای دیگر به کار می‌روند.ارتباطات، حمل و نقل و سرگرمی تنها بخشی کوچک از خدماتی است که نیمه‌هادی‌ها برای ما فراهم می‌کنند.
چه عواملی باعث انتخاب آرگون برای تولید نیمه هادی ها می شود؟
محیط خلاء
آرگون به عنوان یک گاز غیر فعال در محیط‌های خلاء به کار می‌رود. این ویژگی به کاهش واکنش‌های شیمیایی ناخواسته با مواد حساس کمک کرده و در نتیجه کیفیت و خلوص نیمه‌هادی‌ها را بهبود می‌بخشد.
پوشش‌دهی و لایه‌نشانی
در فرآیندهای لایه‌نشانی نظیر CVD (رسوب‌گذاری بخار شیمیایی)، آرگون به عنوان گاز انتقال دهنده به کار می‌رود. این گاز به توزیع یکنواخت مواد اولیه کمک کرده و از اکسیداسیون و آلودگی جلوگیری می‌کند.
تحلیل و کنترل کیفیت
در روش‌های آنالیز نظیر اسپکتروسکوپی و طیف‌سنجی، گاز آرگون به عنوان حامل برای شناسایی و بررسی ویژگی‌های الکتریکی و نوری مواد نیمه‌هادی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فرآیند به ارزیابی کیفیت و خلوص مواد کمک می‌کند.
خنک‌سازی
در برخی از فرآیندهای تولید نیمه‌هادی، از آرگون به عنوان گاز خنک‌کننده بهره‌برداری می‌شود تا دما را کنترل کرده و از آسیب حرارتی به مواد جلوگیری کند. این امر در فرآیندهای حرارتی مانند تولید بلورهای سیلیکون بسیار مهم است.
چاپ و تولید مدارهای مجتمع
در مراحل چاپ و تولید مدارهای مجتمع، آرگون می‌تواند به عنوان گاز محافظ در بخش‌های مختلف به کار رود تا از آلودگی و آسیب به لایه‌های نازک جلوگیری کند.
کاشت یون
در فرآیند کاشت یون، از آرگون به عنوان یک محیط غیر فعال استفاده می‌شود تا از ورود ناخالصی‌ها جلوگیری کند. این اقدام به افزایش دقت و کیفیت در تولید نیمه‌هادی‌ها کمک می‌کند.
گاز آرگون علاوه بر اینکه بی‌اثر است، به راحتی یونیزه می‌شود و به عنوان یک گاز پلاسما اولیه برای واکنش‌های حکاکی و رسوب در ساخت نیمه هادی استفاده می‌شود که از اهمیت بالایی برخوردار است. همچنین آرگون مایع به همراه ابزارهایی برای پاکسازی کوچک‌ترین و حساس‌ترین تراشه‌ها به کار می‌رود.
بنابراین گاز آرگون به دلیل ویژگی های خاص آن، انتخابی ایده آل برای صنایع نیمه هادی است که باعث افزایش کیفیت و کارایی محصولات و همچنین کاهش هزینه های تولید و کاهش آلودگی می شود.
استفاده از گاز آرگون در لامپ های الکتریکی چه تاثیری دارد؟
اختراع لامپ رشته‌ای قبل از رسیدن به شکل کنونی خود، مراحل آزمایشی متعددی را پشت سر گذاشت. در میانه دهه 1800، منبع نوری طراحی شد که در آن جریان الکتریکی از یک سیم عبور می‌کرد و به حدی داغ می‌شد که نور تولید می‌کرد. اما به دلیل نبود حفاظی برای جلوگیری از تماس سیم با اکسیژن، سیم به سرعت می‌سوخت، به همین دلیل از گاز ارگون برای پرکردن لامپ های رشته ایی و فلورسنت استفاده می شود تا از اکسید شدن رشته داغ جلوگیری شود. از این رو، عمر لامپ را افزایش می دهد و در عین حال از پوسیدگی فیلامنت جلوگیری می کند.
همانطور که گفته شد آرگون در لوله‌های فلورسنت و لامپ‌های کم‌مصرف به کار می‌رود. یک لامپ کم‌مصرف معمولاً شامل گاز آرگون و جیوه است. با روشن کردن لامپ، یک تخلیه الکتریکی از میان گاز عبور کرده و نور UV تولید می‌کند. پوشش داخلی لامپ به واسطه نور UV فعال شده و به خوبی می‌درخشد. این امر به صرفه‌جویی در هزینه‌ها کمک می‌کند، زیرا دیگر نیازی به تعویض مکرر لامپ‌ها به استفاده از شمع‌ها و لامپ‌های گازی کم‌اعتماد برای روشنایی نخواهد بود.
در نتیجه، گاز آرگون نه تنها به افزایش کیفیت و طول عمر لامپ‌های فلورسنت کمک می‌کند بلکه با ایجاد شرایط مناسب برای تولید، باعث کیفیت بالای محصول، کاهش ضایعات، افزایش کیفیت نور و بهبود ایمنی می شود. لازم به ذکر است که آرگون معمولا در صنعت هوافضا در تولید لامپ و لیزر استفاده می شود که در ادامه به آن می پردازیم.
نقش باطری های لیتیومی در صنعت الکتریکی چیست؟
باتری‌های لیتیومی به عنوان یکی از پیشرفته‌ترین و پرطرفدارترین فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی در دنیای حاضر شناخته می‌شوند. این باتری‌ها به خاطر ویژگی‌های خاص خود، در دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل (تلفن همراه، لپ تاپ، و دوربین دیجیتال)، خودروهای برقی(به عنوان منبع انرژی) و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی (ذخیره سازی انرژی تولید شده ازپنل های خورشیدی) به کار می‌روند.
این باتری‌ها به دلیل استفاده از مواد سبک‌تر، نسبت به سایر انواع باتری‌ها وزن کمتری دارند که حمل و نقل آنها را تسهیل می‌کند. همچنین، این باتری‌ها دارای عمر طولانی‌تری هستند و می‌توانند هزاران بار شارژ و دشارژ را تحمل کنند. این ویژگی باعث کاهش نیاز به تعویض مکرر باتری‌ها می‌شود.
آرگون چه نقشی در تولید باتری‌های لیتیومی ایفا می‌کند؟
گاز آرگون به خاطر عدم واکنش‌پذیری‌اش، می‌تواند به ایجاد یک محیط کنترل‌شده درون باتری کمک کند. این ویژگی می‌تواند از شکل‌گیری دندریت‌های سوزنی که باعث کاهش کارایی و افزایش خطرات ایمنی می‌شوند، جلوگیری کند. در ادامه، به بررسی جزئیات کاربرد آرگون در این صنعت خواهیم پرداخت.
محیط بی اثر:
آرگون به عنوان یک گاز بی اثر، مانع از اکسیداسیون و واکنش‌های شیمیایی ناخواسته می‌شود. در فرآیند تولید باتری‌های لیتیومی، این خصوصیت به حفظ کیفیت مواد اولیه و جلوگیری از آلودگی کمک می‌کند.
کاهش آلودگی:
استفاده از آرگون در فضای تولید باتری‌ها به کاهش آلودگی ناشی از گازهای جوی کمک می‌کند. این امر برای حفظ خواص الکتریکی و ساختاری مواد فعال در باتری‌ها حیاتی است.
حفاظت از مواد حساس:
بسیاری از مواد به کار رفته در باتری‌های لیتیومی، از جمله الکترولیت‌ها و مواد کاتدی، به شدت به رطوبت و اکسیژن حساس هستند. گاز آرگون با فراهم کردن یک محیط خشک و خالص، از این مواد در برابر آسیب‌ها محافظت می‌کند.
افزایش بهره وری:
آرگون با فراهم کردن شرایط کنترل‌شده و جلوگیری از فرآیند اکسیداسیون، به بهبود کارایی فرآیندهای تولید کمک می‌کند. این خصوصیت منجر به تولید محصولات با کیفیت بالاتر و کاهش عیوب می‌گردد.
کاهش دما:
آرگون نسبت به اکسیژن حرارت را به میزان کمتری منتقل می‌کند، که این خصوصیت در فرآیندهای حرارتی مرتبط با تولید باتری‌های لیتیومی بسیار کارآمد است. این ویژگی به محافظت از مواد حساس کمک می‌کند.
پایداری حرارتی:
آرگون در دماهای بالا به طور پایدار عمل می‌کند و از آسیب دیدن مواد حساس جلوگیری می‌نماید. این خصوصیت برای فرآیندهای حرارتی نظیر پخت و شکل‌دهی الکترودها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
لیزر آرگون در چه زمینه هایی کاربرد دارد؟
لیزر آرگون یکی از شناخته شده‌ترین انواع لیزرهاست که از گاز آرگون به عنوان محیط فعال بهره می‌برد. این لیزر با انبساط ذرات آرگون در یک محفظه، نوری هم فاز و تک طول موج تولید می‌کند و توانایی تولید چندین طول موج متفاوت در محدوده فرابنفش تا مرئی (350 تا 530 نانومتر) را دارد که معمولاً شامل دو خط قوی در 488 و 514 نانومتر می‌شود.
نشانگرها و نمایشگره :
لیزر آرگون به عنوان منبع نوری در پروژکتورها و دستگاه‌های نمایش به کار می‌رود. این نوع نورپردازی به دلیل شدت و کیفیت بالای نور، برای ارائه تصاویر واضح و روشن بسیار مناسب است.
ارتباطات اپتیکی :
در فناوری‌های ارتباطات اپتیکی، نظیر فیبر نوری، از لیزر آرگون به عنوان منبع نوری استفاده می‌شود که این امر به انتقال داده‌ها با سرعت بالا کمک می‌کند
نورپردازی تزئینی :
به خاطر توانایی تولید نور با رنگ‌های زنده (آبی و سبز) معمولاً در نورپردازی تزئینی و رویدادهای خاص به کار می‌روند.
تولید الگوها :
در صنعت تولید تراشه‌های الکترونیکی، از لیزر آرگون برای ایجاد الگوهای دقیق با استفاده از لیتوگرافی بهره‌برداری می‌شود.
نقش آرگون در تولید پنل های خورشیدی چیست؟
منابع جایگزین انرژی‌های تجدیدپذیر در سال‌های اخیر به طور چشمگیری رشد کرده‌اند و آرگون نقش اساسی در مراحل اولیه تولید پنل‌های خورشیدی ایفا می‌کند. پیش از مونتاژ پنل‌ها، هر سلول به طور جداگانه از یک فرآیند شیمیایی پیچیده عبور می‌کند. قطعات سیلیکونی در یک محفظه بوته‌ای قرار می‌گیرند که در میان گرمکن‌های گرافیتی است، جایی که آرگون با حذف اکسیژن، از اکسیداسیون جلوگیری کرده و خلوص سلول‌ها را افزایش می‌دهد. هرچه این سلول‌های خورشیدی خالص‌تر باشند، توانایی تولید انرژی بیشتری خواهند داشت. این مرحله ابتدایی، پایه‌گذار موفقیت مراحل بعدی است، زیرا ویفر سیلیکونی به یک سلول خورشیدی تبدیل می‌شود که در پنل‌های خورشیدی به کار می‌رود.
