I ricercatori della McCormick School of Engineering and Applied Science della Northwestern University hanno sviluppato, caratterizzato, e ha modellato un nuovo tipo di sonda utilizzata nella microscopia a forza atomica (AFM), quali immagini, le misure, e manipola la materia su scala nanometrica.
Usando il diamante, i ricercatori hanno realizzato una sonda molto più duratura rispetto alle sonde al nitruro di silicio disponibili in commercio, che sono tipicamente utilizzati in AFM per raccogliere informazioni da un materiale, ma può usurarsi dopo diversi utilizzi.
Horacio Espinosa, James e Nancy Farley Professore di produzione e imprenditorialità, e il suo studente laureato Ravi Agrawal hanno dimostrato che le sonde per microscopia a forza atomica in diamante sono 10 volte più resistenti delle sonde in nitruro di silicio.
I loro risultati sono stati recentemente pubblicati nel Rivista di fisica applicata .
"È risaputo che il diamante dovrebbe funzionare molto meglio di altri materiali per sonde, "dice Espinosa. "Tuttavia, la quantificazione rigorosa dell'usura e lo sviluppo di modelli con capacità predittive sono rimasti elusivi. È stato emozionante scoprire che le sonde di diamante sono un ordine di grandezza più resistenti all'usura rispetto alle sonde al nitruro di silicio e che un singolo modello può prevedere l'usura per entrambi i materiali".
Nello studio, i test di usura sono stati eseguiti utilizzando sonde AFM realizzate con materiali diversi:nitruro di silicio, diamante ultrananocristallino (UNCD) e UNCD drogato con azoto — scansionandoli su un substrato UNCD duro. Laboratorio Nazionale Argonne, dove è stato originariamente inventato UNCD, ha anche sostenuto questo lavoro fornendo UNCD drogato con azoto. Le sonde sono state realizzate internamente e fornite anche da Advanced Diamond Technologies, Inc. (ADT).
"Ci è voluto uno sforzo notevole per sviluppare UNCD in una punta affilata. Avevamo bisogno di ottimizzare le fasi iniziali della crescita del diamante per formare strutture nanometriche con risultati coerenti. È davvero bello scoprire che questo lavoro ha dato i suoi frutti per dimostrare che le sonde UNCD sono abbastanza resistente all'usura, che avevamo previsto, " ha detto Nicolaie Moldovan, un ex professore di ricerca presso la Northwestern University coinvolto nella fabbricazione delle sonde UNCD. Moldovan è ora un esperto di microfabbricazione presso Advanced Diamond Technologies, Inc.
Oltre a caratterizzare la sonda, i ricercatori hanno anche creato un modello in grado di prevedere come si usura la punta della sonda.
"Lo sviluppo di un modello generale con capacità predittive è una pietra miliare importante. Questo sforzo ha anche fornito informazioni su come l'adesione interfacciale tra la sonda e il substrato è correlata alla resistenza all'usura delle sonde AFM, "dice Agrawal.
Neil Kane, presidente dell'ADT, disse, "I risultati riportati in questa indagine sono impressionanti nel mostrare il miglioramento della resistenza all'usura delle sonde diamantate. Questo lavoro ha in parte ispirato lo sviluppo dei nostri NaDiaProbes® disponibili in commercio."
La carta, scritto da Agrawal, Moldavo, ed Espinosa, è stato selezionato anche per il 5 ottobre, numero 2009 del Giornale virtuale di scienza e tecnologia su nanoscala (www.vjnano.org).
Fonte:Northwestern University
