I fisici dell'Università dell'Alabama di Birmingham hanno fatto il primo passo in uno sforzo quinquennale per creare nuovi composti che superano i diamanti in termini di resistenza al calore e quasi rivaleggiano con loro in durezza.
Sono supportati da un quinquennale, Premio da 20 milioni di dollari della National Science Foundation per creare nuovi materiali e migliorare le tecnologie utilizzando il quarto stato della materia:il plasma.
Plasma:a differenza degli altri tre stati della materia, solido, liquido e gas, non esiste naturalmente sulla Terra. Questa sostanza gassosa ionizzata può essere prodotta riscaldando gas neutri. Nel laboratorio, Yogesh Vohra, professore e studioso universitario presso il Dipartimento di Fisica dell'UAB, utilizza il plasma per creare film di diamanti sottili. Tali film hanno molti potenziali usi, come rivestimenti per rendere durature le articolazioni artificiali o per mantenere l'affilatura degli utensili da taglio, sviluppando sensori per ambienti estremi o creando nuovi materiali super-duri.
Per fare un film di diamanti, Vohra e colleghi inviano una miscela di gas in una camera a vuoto, riscaldandoli con le microonde per creare il plasma. La bassa pressione nella camera è equivalente all'atmosfera 14 miglia sopra la superficie terrestre. Dopo quattro ore, il vapore ha depositato un sottile film di diamante sul suo bersaglio.
In un articolo sulla rivista Materiali , Vohra e colleghi dell'UAB College of Arts and Sciences hanno studiato come l'aggiunta di boro, durante la realizzazione di un film diamantato, proprietà modificate del materiale diamantato.
Era già noto che, se i gas sono una miscela di metano e idrogeno, i ricercatori ottengono un film di diamante microcristallino composto da molti minuscoli cristalli di diamante che hanno una dimensione media di circa 800 nanometri. Se si aggiunge azoto a quella miscela di gas, i ricercatori ottengono un diamante nanostrutturato, costituito da cristalli di diamante estremamente piccoli con una dimensione media di soli 60 nanometri.
In questo studio, il team Vohra ha aggiunto boro, sotto forma di diborano, o B2H6, al gas di alimentazione idrogeno/metano/azoto e ha trovato risultati sorprendenti. La granulometria nel film diamantato è aumentata bruscamente dai 60 nanometri, dimensione nanostrutturata vista con il gas di alimentazione idrogeno/metano/azoto a un 800 nanometro, dimensione microcristallina. Per di più, questo cambiamento si è verificato con quantità minime di diborano, solo 170 parti per milione nel plasma.
Utilizzando la spettroscopia di emissione ottica e variando le quantità di diborano nel gas di alimentazione, Il gruppo di Vohra ha scoperto che il diborano riduce la quantità di radicali carbonio-azoto nel plasma. Così, Vohra ha detto, "Il nostro studio ha chiaramente identificato il ruolo delle specie carbonio-azoto nella sintesi del diamante nanostrutturato e nella soppressione delle specie carbonio-azoto mediante l'aggiunta di boro al plasma".
Poiché l'aggiunta di boro può anche trasformare il film di diamante da non conduttore in semiconduttore, i risultati UAB offrono un nuovo controllo sia della granulometria del film diamantato che delle proprietà elettriche per varie applicazioni.
Negli anni successivi, Vohra e colleghi esamineranno l'uso del processo di deposizione chimica da vapore al plasma a microonde per realizzare film sottili di carburi di boro, nitruri di boro e composti carbonio-boro-azoto, alla ricerca di composti che sopravvivano al calore meglio dei diamanti e abbiano anche una durezza simile al diamante. In presenza di ossigeno, i diamanti iniziano a bruciare a circa 1, 100 gradi Fahrenheit.
