Los físicos de la Universidad de Alabama en Birmingham han dado el primer paso en un esfuerzo de cinco años para crear compuestos novedosos que superen a los diamantes en resistencia al calor y casi los rivalicen en dureza.
Están respaldados por un premio de cinco años y $ 20 millones de la National Science Foundation para crear nuevos materiales y mejorar las tecnologías utilizando el cuarto estado de la materia: el plasma.
El plasma, a diferencia de los otros tres estados de la materia, sólido, líquido y gaseoso, no existe naturalmente en la Tierra. Esta sustancia gaseosa ionizada se puede producir calentando gases neutros. En el laboratorio, Yogesh Vohra, profesor y universidadEl académico del Departamento de Física de la UAB utiliza plasma para crear películas finas de diamantes, que tienen muchos usos potenciales, como recubrimientos para hacer que las articulaciones artificiales sean duraderas o para mantener la nitidez de las herramientas de corte, desarrollar sensores para entornos extremos o crear nuevasmateriales superduros.
Para hacer una película de diamante, Vohra y sus colegas transmiten una mezcla de gases a una cámara de vacío, calentándolos con microondas para crear plasma. La baja presión en la cámara es equivalente a la atmósfera a 14 millas sobre la superficie de la Tierra. Después de cuatro horas,el vapor ha depositado una delgada película de diamante en su objetivo.
en un artículo en el diario Materiales Vohra y sus colegas de la Facultad de Artes y Ciencias de la UAB investigaron cómo la adición de boro, al hacer una película de diamante, cambió las propiedades del material de diamante.
Ya se sabía que, si los gases son una mezcla de metano e hidrógeno, los investigadores obtienen una película de diamante microcristalino compuesta de muchos cristales de diamante diminutos que tienen un tamaño promedio de 800 nanómetros. Si se agrega nitrógeno a esa mezcla de gases,los investigadores obtienen diamantes nanoestructurados, formados por cristales de diamantes extremadamente pequeños con un tamaño promedio de solo 60 nanómetros.
En el presente estudio, el equipo de Vohra agregó boro, en forma de diborano, o B2H6, al gas de alimentación de hidrógeno / metano / nitrógeno y encontró resultados sorprendentes. El tamaño de grano en la película de diamante aumentó abruptamente desde los 60 nanómetros, tamaño nanoestructurado visto con el gas de alimentación de hidrógeno / metano / nitrógeno a un tamaño microcristalino de 800 nanómetros. Además, este cambio se produjo con pequeñas cantidades de diborano, solo 170 partes por millón en el plasma.
Utilizando la espectroscopía de emisión óptica y variando las cantidades de diborano en el gas de alimentación, el grupo de Vohra descubrió que el diborano disminuye las cantidades de radicales carbono-nitrógeno en el plasma. Por lo tanto, Vohra dijo, "nuestro estudio ha identificado claramente el papel del carbono-especies de nitrógeno en la síntesis de diamante nanoestructurado y supresión de especies de nitrógeno de carbono mediante la adición de boro al plasma ".
Dado que la adición de boro también puede cambiar la película de diamante de un no conductor a un semiconductor, los resultados de la UAB ofrecen un nuevo control tanto del tamaño de grano de la película de diamante como de las propiedades eléctricas para diversas aplicaciones.
En los próximos años, Vohra y sus colegas probarán el uso del proceso de deposición química de vapor de plasma de microondas para hacer películas delgadas de carburos de boro, nitruros de boro y compuestos de carbono-boro-nitrógeno, buscando compuestos que sobrevivan al calor mejor que los diamantesy también tienen una dureza de diamante. En presencia de oxígeno, los diamantes comienzan a arder a unos 1.100 grados Fahrenheit.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Alabama en Birmingham . Original escrito por Jeff Hansen. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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