الثلاثاء , مارس 19 2019
الرئيسية / الفضاء / مقال – شوارب قصدیریة میكرومتریة تكلف خسائر بملایین الدولارات

مقال – شوارب قصدیریة میكرومتریة تكلف خسائر بملایین الدولارات

مقال - شوارب قصدیریة میكرومتریة تكلف خسائر بملایین الدولارات

لوحظت ظاھرة تَكوّن الشوارب المعدنیة “Metal Whiskers” في مركبات الأجھزة و الدوائر الإلكترونیة التي تستعمل أغطیة معدنیة رقیقة للطلاء و التغلیف. حیث تظھر شعیرات رقیقة على شكل شوارب في الرقائق القصدیریة الدقیقة.

لكن لم یتم الكشف عن ھذه الشوارب حتى بدایة القرن العشرین داخل أنابیب الفراغ. بعد ذلك تم الكشف على أنواع أخرى من الشوارب و خاصة المكونة من الكادمیوم Cadmium و الزنك Zinc. تتكون الشوارب المعدنیة من خلال تنقل ذرات المعدن من داخل الرقیقة المعدنیة عبر الشوائب المتواجدة فیھا إلى أن تصل إلى السطح لتتكون نواة الشارب الذي ینمو عبر ذلك خارج الرقیقة. یتراوح قطر الشارب ما بین 1 إلى 5 میكرومتر (أصغر 10-100 مرة من قطر شعرة الإنسان).و یتراوح معدل طول الشارب الواحد بین 1 و 500 میكرومتر بسرعة نمو تقارب 250 میكرومتر في السنة. أما الرقم القیاسي لأطول شارب فقد وصل الى 25 میلیمتر. تظھر ھذه الشوارب بعد فترة حضانة تتراوح بین بضع دقائق إلى بضع سنوات.

شوارب قصدیریة
شوارب قصدیریة

عندما تظھر ھذه الشوارب فإنھا تشكّل خطرا على الدوائر الإلكترونیة، الشوارب الطویلة قد تلمس و تحتك بالمركبات الموصلة المجاورة لتحدث جسر موصل الذي یؤدي إلى خطر التماس الكھربائي (قصر الدارة الكھربائیة). ھذه الظاھرة لیست بالجدیدة، فأثناء الحرب العالمیة الثانیة تم اكتشاف شوارب الكادمیوم في مكثفات رادیو الإتصالات في إحدى الطائرات الحربیة الأمریكیة، و تم الكشف لاحقاً أن الشوارب المعدنیة كانت سبباً في العطل الناتج عن قصر الدار الكھربائیة. بعد نھایة الحرب العالمیة الثانیة تم استبدال مادة الكادمیوم بالقصدیر و الزنك، و لكن دون جدوى، فالشوارب تتشكّل أیضاً في ھذه المعادن.

تسببت ھاته الشعیرات المیكرومتریة في خسائر بمئات ملایین الدولارات و قد تسبب في خسائر بملاییر الدولارات إذا لم یتوصل الباحثون إلى حل فعال لھذه المشكلة. ظھور الشوارب المعدنیة في الأجھزة الإلكترونیة كان سبباً في إغلاق المفاعل النووي بكونتكت الأمریكیة سنة 2005، و فقدان التحكم في القمر الإصطناعي غالاكسي 4 سنة 1998. كما أن أبحاث وكالة الناسا )NASA( أثبتت أن الشوارب القصدیریة كانت سبباً في عطل أجھزة الإستشعار بالمسرعات في محركات تویوتا كامري بین 2005 و 2010.

مجموعة من الأسئلة حول ھذه الظاھرة تحتاج إلى إجابات و أبحاث عمیقة و خاصة حول تحدید فترة الحضانة و عن سرعة النمو بالإضافة عن كیف یمكن الحد من نمو الشوارب؟

بیّنت أبحاث وكالة ناسا و معامل بیل (Bell Labs) أن إضافة فقط 1٪ من الرصاص إلى القصدیر قد یضعف من نمو الشوارب و لكن لا یكبحھا نھائیاً. مع بدایة القرن الواحد و العشرین و مع تفعیل قوانین دولیة، خاصة في أوربا، لمنع استعمال الرصاص في الأجھزة الإلكترونیة لخطورتھا على صحة الإنسان، عادت مجددا الى الواجھة ظاھرة الشوارب المعدنیة. و مع ذلك یفرض الجیش الأمریكي استعمال الرصاص مع الرقائق المعدنیة للحد من نموھا و خاصة في مجال الفضاء و الطیران.

لأن لا أحد یعرف كیف تنمو ھذه الشعیرات المعدنیة، أصبح من الصعب التنبؤ بظھورھا أو سرعة نموھا. لا یوجد حل نھائي لتفادي نمو الشوارب، ولكن ھناك بعض الحلول الجزئیة للحد من “خطورتھا” كإستعمال أشابات معدنیة بدل معدن واحد أو اضافة طلاء من معادن أخرى كالذھب أو النیكل )Ni( أو من مواد أخرى كالسیلیكون )Si( ، السیرامیك، أو البولیمرات)Polymers(.

المراجع

https://nepp.nasa.gov/WHISKER/

• Spontaneous Growth of Metal Whiskers on Surfaces of Solids: A Review, P. Zhang, Y. Zhang, Z. Sun, Journal of Materials Science & Technology 31 (7) 675-698 (2015)

• J. R. Barnes, http://www.dbicorporation.com/whiskbib.htm Bibliography for Tin Whiskers, Zinc Whiskers, Cadmium Whiskers, Indium Whiskers, and Other Conductive Metal and Semiconductor Whiskers.

• Bruce Felps. ‘’Whiskers’ Caused Satellite Failure: Galaxy IV Outage Blamed On Interstellar Phenomenon”. Archived from the original on March 3, 2009. Retrieved 25 October 2013.

رفيق عدو

Research Scientist & Nanoscale Analyst at the Oregon State University

للتواصل عبر تويتر

@DrRafikAddou

الإعلانات

شاهد أيضاً

مقال - كيف تؤثر مواقع التواصل في صحتنا العقلية؟

مقال – كيف تؤثر مواقع التواصل في صحتنا العقلية؟

رغم المزايا التي تقدمها الشبكات الاجتماعية، فإن الإفراط في استخدامها يمكن أن يولد شعورا بعدم …

تعليق واحد

  1. Check also this video on metal whiskers:

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *