در قسمت‌های پیشین در مورد پوشش‌ها، علل استفاده از آنها، خواص پوشش‌ها و نانوپوشش‌ها صحبت کردیم. در این مقاله می‌خواهیم راجع به نحوة تولید نانوپوشش‌ها صحبت کنیم. در ابتدا باید خاطرنشان کرد که روشهای تشکیل نانوپوشش‌ها بر اساس همان سه روش تشکیل پوشش‌هاست که در بخش دوم ذکر شد. در ادامه، روشهای مختلف پوشش‌دهی مورد بحث قرار می‌گیرد.
روش پاشش حرارتی
هنگامی که قصد دارید دو قطعة پلاستیکی را به هم بچسبانید، چه کار می‌کنید؟ آسان‌ترین راه (بدون استفاده از وسایل جانبی مانند چسب) ذوب کردن یک قطعه و فشردن آن روی قطعة دیگر است. (شکل 10)
شکل 10 - شماتیکی از روش پاشش حرارتی
برای تولید پوشش هم می‌توانیم همین عمل را با کمی تغییر انجام دهیم. در این حالت از پودر برای تولید پوشش استفاده می‌شود. به این صورت که پودر را با قدرت به سمت قطعة مورد نظر می‌پاشیم و در مسیر پاشش، پرتو لیزر را قرار می‌دهیم. پرتو لیزر با سرعت و قدرت زیاد محیط را گرم می‌کند و باعث می‌شود پودر در مسیر به صورت مذاب درآید. وقتی پودر با سطح تماس پیدا می‌کند، به علت اختلاف دما، پس از برخورد سریعاً سرد می‌شود و پوشش نانوساختار را شکل می‌دهد. پس دیدیم که در تولید پوشش از این طریق از سازوکارهای دوم و سوم استفاده شد.
روش رسوب‌دهی شیمیایی بخار (CVD)
فرآیند CVD در فاز گازی انجام می‌شود. یعنی مواد واکنش‌زا گاز هستند و فرایندهای شیمیایی بین گازها صورت می‌گیرد. در شکل زیر گازها از یک دریچه وارد می‌شوند و بعد از رسوب بر روی یک زیرلایه، به صورت شیمیایی واکنش می‌دهند (شکل 11).
CVD شکل 11 - شماتیکی از روش
این روش لایه‌نشانی ممکن است از طریق چند نوع واکنش شیمیایی انجام شود: 1) پیرولیز که در آن از دمای زیاد برای تجزیة ماده استفاده می‌شود؛ 2) فوتولیز که در آن از نور فرابنفش یا فروسرخ برای تجزیة ترکیب‌های گازی استفاده می‌شود. به خاطر دمای بالای فرآیند، لایه به سطح ماده نفوذ می‌کند و تشکیل یک لایة نازک آلیاژی می‌دهد. به عنوان مثال، مبنای این روش را می‌توان به صورت ذیل شرح داد: مادة مورد نظر با یک گاز یا بخار مخلوط می‌شود تا ترکیب فرّاری ایجاد شود. این مادة فرّار به سطح زیرلایه منتقل و به خاطر گرمای زیاد روی زیرلایه نشانده می‌شود و پس از سرد شدن تشکیل یک لایة جامد نازک را می دهد.
این روش نیز مثل پاشش حرارتی از هر دو سازوکار شماره‌های 2 و 3 برای پوشاندن سطوح استفاده می‌کند.
لایه‌نشانی الکترولیتی کاتد
برای تولید پوشش‌های مقاوم به خوردگی، استفاده از اکسیدِ همان فلز ساده‌ترین نوع پوشش است.
اکسایش کاتد عموماً در تهیة لایه‌های اکسیدهای فلزهای معینی مثل آلومینیوم به کار می‌رود. قطعه‌ای که می‌خواهد پوشش داده شود، به قطب کاتد وصل می‌شود و در محلول الکترولیت قرار می‌گیرد. در این حالت اکسیژن‌های موجود در الکترولیت را جذب می‌کند. یون‌ها از میان لایه‌ای که اکسیده شده است به وسیلة یک میدان الکتریکی تقویت و با اتم‌های قطعة فلزی ترکیب می‌شود و مولکول‌های اکسید را روی سطح تشکیل می‌دهد. معمولاً از نمک‌های مذاب مختلف، یا در برخی موارد از اسیدها، به عنوان الکترولیت استفاده می‌شود.
از نکاتی که باید مورد توجه قرار گیرد، مادة الکترولیت است. بعضی از الکترولیت‌ها فوراً اکسید تشکیل‌شده را در خود حل می‌کنند و در لایة ایجادشده تخلخل ایجاد می‌نمایند. نمونه‌ای از این روش، اکسیده شدن آلومینیوم در اسیدسولفوریک یا سیترات آمونیوم است. این محلول‌ها روی اکسید هیچ اثر حلالیتی ندارند. بنابراین، با رسیدن به یک ضخامت مشخص (با ولتاژ ثابت) اکسایش متوقف می‌شود.
در سطح فلزهایی مانند آلومینیوم، ضخامت لایة نازک حدود سه چهار نانومتر است. مشخصاً در این روش از سازوکار دوم برای پوشاندن سطوح استفاده می‌شود.
روش نیتروراسیون
می‌دانیم که اتم نیتروژن کوچک است و به همین علت به‌راحتی می‌تواند به درون سطح اکثر مواد نفوذ کند. حال اگر اتم نیتروژن بتواند چند نانومتر داخل سطح نفوذ کند، یک نانوپوشش تولید کرده است.
ترکیب نیتروژن با موادی مانند فولاد، یک مادة سخت تولید می‌کند. فولادهایی که با نیتروژن پوشش می‌شوند، عموماً کربن کمتری دارند، چون کربن کم باعث نرمی می‌شود. در واقع، هر چه سختی کمتر شود، نرمی بیشتر می‌شود. در عین حال، اگر کربنِ فولاد زیاد باشد، نیتروژن با کربن ترکیب می‌شود و این ترکیب برای افزایش سختی مناسب نیست. پس دیدیم که در این روش نیز به صورت غیرمستقیم از سازوکار سوم برای نفوذ اتم‌ها و ایجاد پوشش استفاده شد.
روش رسوب‌دهی فیزیکی بخار
واضح است که در اثر گرم کردن ماده (جامد یا مایع) اتم‌ها یا مولکول‌ها از روی سطح آزاد می‌شوند. برای آنکه مولکولی بتواند سطح خود را ترک کند، باید مؤلفة عمودیِ نیرو که نتیجة حرارت است بزرگتر از نیروی جاذبة بین مولکولی باشد. پس با افزایش دما تعداد ذره‌هایی که از سطح کنده می‌شوند افزایش می‌یابد. وقتی اتم‌های کنده‌شده از سطح به مقدار معینی رسیدند، واکنش‌های شیمیایی در حالت بخار صورت می‌گیرند. بعد از آن بخار سرد می‌شود و یک لایة نازک روی سطح ایجاد می‌گردد.
در روشهای رسوب‌نشانی، به علت وجود انواع روشهای تبخیر، روشهای مختلفی برای پوشش‌دهی داریم. اما برای اغلب مواد فقط یک روش تبخیر بهینه وجود دارد. تبخیر بهینه به روش تبخیر، دمای تبخیر و سرعت تبخیر مربوط می‌شود و درجة خلوص لایه نیز وابسته به سیستم تبخیر است.
روشهای مختلف تبخیر عبارت‌اند از: گرم کردن مقاومتی مستقیم، گرم کردن به وسیلة باریکة الکترونی، روش جرقه‌ای و... .
در رسوب‌دهیِ فیزیکی بخار هم از سازوکارهای دوم و سوم استفاده شده است.
روش سل ـ ژل
در این روش در واقع از اصل محلول‌سازی و رسوب‌دهی جامدات در مایعات با استفاده از تغییر پارامترهایی مثل دما استفاده می‌کنیم و محصولاتی مثل پوشش و پودر را به دست می‌آوریم. برای این کار، ابتدا از ماده‌‌ای که می‌خواهیم پوشش دهیم یک محلول تهیه می‌کنیم و بعد با حرارت دادن این محلول آن را تبدیل به یک مادة ژلاتینی می‌نماییم. با ادامة حرارت دادن، مواد معلق در محلول را روی مادة پذیرندة پوشش رسوب می‌دهیم. حال این رسوب می‌تواند به صورت یک لایة پیوسته باشد که در آن صورت یک لایة نانومتری تشکیل می‌شود. یا اگر ضخامت این لایه از 100 نانومتر بیشتر باشد، به علت اینکه از ذرات نانومتری تشکیل شده است، یک لایة نانوساختار است. اما باید دقت کرد که دما و سرعت حرارت‌دهی و... ممکن است باعث شود که به جای یک لایة پیوسته، مجموعه‌ای از ذرات تشکیل‌دهندة لایه به صورت پودر تشکیل شوند. البته باید یادآور شد که پوشش‌هایی که از این روش تولید می‌شوند دارای تخلخل‌هایی هستند که خواص آنها را ضعیف می‌کند. کاملاً واضح است که در این روش از سازوکار سوم استفاده شده است. در شکل12 نمایی از تولید محصولات به روش سل ـ ژل را مشاهده می‌کنید.
شکل12- محصولات قابل تولید با فرایند سل ژل
