I ricercatori della Friedrich-Alexander Universität Erlangen Nürnberg (FAU) si sono avvicinati di un passo al loro obiettivo di fornire grandi lamine diamantate per applicazioni pratiche. In un reattore di prova, sono riusciti a produrre la lamina diamantata più grande del mondo con un diametro di 28 centimetri. Le lamine diamantate possono essere utilizzate come protezione definitiva dall'usura nelle applicazioni industriali e per la ricerca sulla generazione di energia termoelettrica, un mercato emergente.

I diamanti non sono solo considerati preziosi, ma anche praticamente indistruttibile. Sono uno dei materiali naturali più duri del nostro universo. Di conseguenza, non sorprende che la produzione di lamine diamantate sia diventata un'area chiave nella ricerca scientifica dei materiali, soprattutto perché questi strati sono caratterizzati da estrema durezza e resistenza all'usura, eccezionale inerzia chimica e massima conducibilità termica. Sfortunatamente, rivestire i substrati direttamente con diamante cristallino è possibile solo su una gamma limitata di materiali. Il gruppo di ricerca "Ultra Hard Coatings" presso la cattedra di scienza dei materiali e tecnologia dei metalli della FAU ha sviluppato un processo di coltivazione di rivestimenti diamantati su substrati di silicio che possono essere utilizzati su materiali non adatti al rivestimento diretto. Ora sono riusciti a produrre la lamina diamantata più grande del mondo con un diametro di 28 centimetri. "Aumentando il processo di produzione, abbiamo dimostrato di poter produrre in futuro lamine diamantate come semilavorato per l'industria anche di grandi dimensioni, ' spiega il dottor Stefan Rosiwal, capo del gruppo di ricerca Ultra Hard Coatings presso la Cattedra di Scienza dei materiali e tecnologia dei metalli. 'In questi strati di diamanti, possiamo regolare la granulometria del diamante, la conduttività elettrica e la conduttività termica variando i parametri di fabbricazione di molti ordini di grandezza.'

La procedura

Per diversi giorni, i fogli di diamante sono prodotti in un reattore di prova in cui uno strato di diamante di 40 micrometri di spessore - circa lo spessore di un capello umano - è cresciuto su un disco di silicio con un diametro di 30 centimetri. Le lamine di diamante sono prodotte in un'atmosfera a bassa pressione di idrogeno e metano al 2% sotto fili riscaldati a 2000 gradi Celsius. Dopo il processo di rivestimento, un laser a impulsi brevi viene utilizzato per introdurre nella superficie del diamante un sito di frattura circolare con un diametro di 28,5 centimetri. Ciò rende possibile separare lo strato depositato come una lamina diamantata molto liscia dal substrato di silicio.

Potenziali applicazioni

Questa procedura ha aperto una nuova gamma di altre possibili applicazioni. Praticamente qualsiasi materiale di supporto può essere rivestito con film diamantato mediante un'adeguata tecnica di giunzione. Le lamine diamantate estremamente dure e lisce possono, Per esempio, proteggere le superfici dei componenti dall'usura. La ricerca ha già dimostrato che le lamine diamantate possono proteggere al 100% le turbine idrauliche esposte all'erosione della sabbia. Ora che i ricercatori hanno dimostrato con successo i processi di produzione di fogli di diamante su larga scala, questo apre opportunità per il rivestimento diretto di componenti industriali in modo più conveniente. Tali componenti industriali includono strati resistenti all'usura per tenute meccaniche nelle pompe, nonché la produzione di elettrodi diamantati stabili per sistemi di purificazione e disinfezione dell'acqua altamente efficienti. Questi innovativi sistemi di elettrodi diamantati vengono utilizzati per il lavaggio e la disinfezione delle arance dopo la raccolta nell'Europa meridionale, rimuovendo i batteri in putrefazione dalla superficie del frutto e risparmiando fino all'80% di acqua. Nel futuro, la tecnologia potrebbe essere utilizzata su navi portacontainer o impianti di trattamento delle acque reflue. Gli elettrodi diamantati possono anche aiutare nelle lavatrici mantenendo i vestiti puliti e freschi a temperature significativamente più basse.