Anche con un bombardamento al plasma che è 10, 000 volte più intenso del metodo di produzione standard, nanostrutture di carbonio come queste possono svilupparsi. Credito:K.Bystrov / DIFFER.
(Phys.org) —Nanostrutture, come grafene e nanotubi di carbonio, può svilupparsi in condizioni di plasma molto più estreme di quanto si pensasse in precedenza. Plasmi (caldi, gas carichi) sono già ampiamente utilizzati per produrre nanostrutture interessanti. Sulla rivista scientifica Carbonio , Il ricercatore PhD della FOM Kirill Bystrov mostra che le nanostrutture di carbonio possono anche svilupparsi in condizioni molto più estreme di quelle normalmente utilizzate per questo scopo.
Il dispositivo Pilot-PSI di DIFFER è stato costruito per esporre i materiali delle pareti ai plasmi che infurieranno nei futuri reattori a fusione. Tali plasmi sono 10, 000 volte più intensi di quelli normalmente utilizzati per la costruzione di nanomateriali. Utilizzando Pilot-PSI, Il team internazionale di Bystrov ha dimostrato che questo ambiente estremo offre possibilità inaspettate per la produzione di nanostrutture.
Fuori equilibrio
I plasmi offrono importanti vantaggi per la produzione controllata di materiali avanzati. Nel plasma gli ioni e gli elettroni possono essere portati lontano dai loro equilibri termici. In queste condizioni, i processi di deposizione possono procedere in modo molto diverso da quelli all'equilibrio termico. Nella tecnica ampiamente utilizzata della deposizione chimica in fase vapore potenziata dal plasma (PECVD) la densità del plasma e la quantità di materiale fornito (carbonio) determinano quali nanostrutture si sviluppano. L'ulteriore plasma è dal suo equilibrio termico, quanto più esotiche sono le strutture che si sviluppano.
Variazione
Anche con un bombardamento al plasma che è 10, 000 volte più intenso del metodo di produzione standard, nanostrutture di carbonio come queste possono svilupparsi. Credito:K.Bystrov / DIFFER.
Dopo aver esposto vari materiali come il tungsteno, molibdeno e grafite ad un plasma con un apporto di carbonio, Il team di Bystrov ha scoperto uno strato pieno di nanostrutture di carbonio esotiche:nanotubi a parete multipla o extra lunghi, strutture di cavolfiore e strati di grafene. Parametri variabili come la densità del plasma, temperatura e composizione hanno prodotto strutture diverse ogni volta. Bystrov:"Era molto sorprendente che un enorme bombardamento di particelle come quello che si verifica sul bordo di un reattore a fusione possa produrre strutture così delicate". L'influenza del materiale su cui si sono formate le strutture depositate è risultata sorprendentemente ridotta:su tutte e tre le superfici testate si sono sviluppate le stesse tipologie di strutture.
Macchine versatili
Nel dispositivo Pilot-PSI i ricercatori possono esporre i materiali a condizioni estreme, come quelli che prevarranno al muro dei futuri reattori a fusione. Credito:DIFFERENZA.
Con la ricerca, Bystrov ei suoi colleghi non hanno ancora un concorrente per la tecnica PECVD. "Il nostro interesse è dimostrare che è possibile consentire il verificarsi di processi interessanti in ambienti 10, 000 volte più intenso di quanto ti aspetteresti, Bystrov scrive nella sua pubblicazione. Il leader della ricerca, il dott. Greg De Temmerman del team Plasma Surface Interactions di DIFFER:"Abbiamo impostato questi esperimenti per indagare su cosa succede con i materiali delle pareti nei futuri reattori a fusione. Questa ricerca dimostra che le condizioni di Pilot-PSI e del suo fratello maggiore Magnum-PSI sono interessanti anche al di fuori della comunità della fusione. Sono macchine molto versatili."
