Priljubljene Objave

Izbira Urednika - 2019

Nova faza odkritega ogljika: izdelava diamantov pri sobni temperaturi

Anonim

Raziskovalci iz državne univerze North Carolina so odkrili novo fazo trdnega ogljika, imenovano Q-carbon, ki se razlikuje od znanih faz grafita in diamanta. Razvili so tudi tehniko za uporabo Q-ogljika za izdelavo diamantnih struktur pri sobni temperaturi in atmosferskem tlaku v zraku.

oglas


Faze so različne oblike istega materiala. Grafit je ena od trdnih faz ogljika; diamant je še en.

"Zdaj smo ustvarili tretjo trdno fazo ogljika, " pravi Jay Narayan, profesor znanosti o materialih in inženiringa v državi NC, John C. Fan, vodilni avtor treh dokumentov, ki opisujejo delo. "Edini kraj, ki ga najdemo v naravnem svetu, bi lahko bil v središču nekaterih planetov."

Q-ogljik ima nekaj nenavadnih značilnosti. Za eno stvar je feromagnetna - katere druge trdne oblike ogljika niso.

"Nismo niti mislili, da je to mogoče, " pravi Narayan.

Poleg tega je Q-ogljik težji od diamanta in sije, ko je izpostavljen celo nizkim ravnem energije.

"Zmogljivost Q-ogljika in nizka delovna funkcija - njegova pripravljenost za sprostitev elektronov - bo zelo obetavna za razvoj novih tehnologij elektronskega prikaza, " pravi Narayan.

Toda Q-ogljik se lahko uporablja tudi za izdelavo različnih jedkristalnih diamantnih predmetov. Da bi to razumeli, morate razumeti proces ustvarjanja Q-ogljika.

Raziskovalci začnejo s substratom, na primer s safirjem, steklom ali plastičnim polimerom. Substrat je potem prevlečen z amorfnim ogljikovim elementarnim ogljikom, ki za razliko od grafita ali diamanta nima redne, dobro definirane kristalne strukture. Ogljik nato udarimo z enim laserskim impulzi, ki traja približno 200 nanosekund. Med tem impulzom se temperatura ogljika dvigne na 4000 Kelvinov (ali okoli 3, 727 stopinj Celzija) in nato hitro ohladi. Ta operacija poteka v eni atmosferi - enak tlak kot okoliški zrak.

Končni rezultat je film Q-ogljika, raziskovalci pa lahko nadzorujejo proces, s katerim bodo filmi debeli med 20 nanometri in 500 nanometri.

Z uporabo različnih substratov in spreminjanjem trajanja laserskega impulza lahko raziskovalci tudi nadzorujejo, kako hitro se ogljik ohladi. S spreminjanjem hitrosti hlajenja so sposobni ustvarjati diamantne strukture znotraj Q-ogljika.

"Mi lahko ustvarjamo diamantne nanoneedle ali mikronske, nanodote ali velike diamantne filme z aplikacijami za dostavo zdravil, industrijske procese in za ustvarjanje visokotemperaturnih stikal in močnostne elektronike, " pravi Narayan. "Ti diamantni predmeti imajo eno kristalinično strukturo, zaradi česar so močnejši od polikristalinskih materialov. Vse to naredimo pri sobni temperaturi in v okoliški atmosferi - v bistvu uporabljamo laser, podoben tistim, ki se uporabljajo za lasersko očesno kirurgijo. ne samo, da nam to omogoča razvijanje novih aplikacij, vendar je proces sam po sebi relativno poceni. "

In če raziskovalci želijo spremeniti več Q-ogljika v diamant, lahko preprosto ponovijo postopek laserskega impulza / hlajenja.

Če je Q-ogljik težji od diamanta, zakaj bi nekdo želel narediti diamantne nanodote namesto Q-ogljika? Ker še vedno imamo veliko znanja o tem novem gradivu.

"Lahko izdelujemo Q-ogljikove filme in se učimo njenih lastnosti, vendar smo še v zgodnjih fazah razumevanja, kako ga manipulirati, " pravi Narayan. "Veliko vemo o diamantu, zato lahko izdelamo diamantne nanodote. Še ne vemo, kako narediti Q-ogljikove nanodote ali mikroskopske mišice, na kar delamo."

Država NC je vložila dva začasna patenta na tehnike ustvarjanja Q-ogljika in diamantov.

Delo je opisano v dveh dokumentih, oba sta bila soavtorica dr. študent Anagh Bhaumik. "Nova faza ogljika, feromagnetizem in preoblikovanje v diamant" bo objavljena 30. novembra v časopisu uporabne fizike . "Neposredna pretvorba amorfnega ogljika v diamant pri atmosferskih tlakih in temperaturah v zraku" je bila objavljena 7. oktobra v reviji APL Materials . Delo je delno podprla Nacionalna znanstvena fundacija, pod številko št. DMR-1304607.

oglas



Story Source:

Materiali, ki jih ponuja državna univerza North Carolina . Opomba: Vsebino lahko uredite za slog in dolžino.


Referenčni opis revije :

  1. Jagdish Narayan, Anagh Bhaumik. Raziskovalna posodobitev: Neposredna pretvorba amorfnega ogljika v diamant pri zunanjih tlakih in temperaturah v zraku . APL materiali, 2015; 3 (10): 100702 DOI: 10.1063 / 1.4932622