El diamante puede ser solo una fase por la que pasa el carbono cuando se expone a un destello de calor, pero eso hace que sea mucho más fácil de obtener.
El laboratorio del químico James Tour de la Universidad de Rice ahora puede "desarrollar" el carbono a través de fases que incluyen valiosos nanodiamantes mediante el control estricto del proceso de calentamiento flash Joule que desarrollaron hace 18 meses.
Lo mejor de todo es que pueden detener el proceso a voluntad para obtener el producto que desean.
en la revista American Chemical Society ACS Nano, los investigadores dirigidos por Tour y el estudiante de posgrado y autor principal Weiyin Chen muestran que la adición de compuestos orgánicos de flúor y precursores de flúor al negro de carbón elemental lo convierte en varios alótropos difíciles de obtener cuando se enciende, incluidos los nanodiamantes fluorados, el grafeno turbostrático fluorado y el grafeno fluoradocarbono concéntrico.
Con el proceso flash introducido en 2020, una fuerte sacudida de electricidad puede convertir el carbono de casi cualquier fuente en capas de grafeno turbostrático prístino en menos de un segundo. "Turbostratic" significa que las capas no están fuertemente unidas entre sí,haciéndolos más fáciles de separar en una solución.
El nuevo trabajo muestra que es posible modificar o funcionalizar los productos al mismo tiempo. La duración del flash, entre 10 y 500 milisegundos, determina el alótropo de carbono final.
La dificultad radica en cómo preservar los átomos de flúor, ya que la temperatura ultra alta provoca la volatilización de todos los átomos excepto el carbono. Para superar el problema, el equipo utilizó un tubo de teflón sellado con espaciadores de grafito y varillas de tungsteno de alto punto de fusión., que puede contener el reactivo en el interior y evitar la pérdida de átomos de flúor bajo la temperatura ultra alta. El tubo sellado mejorado es importante, dijo Tour.
"En la industria, ha habido un uso prolongado de diamantes pequeños en herramientas de corte y como aislantes eléctricos", dijo. "La versión fluorada aquí proporciona una ruta para modificaciones de estas estructuras. Y hay una gran demanda degrafeno, mientras que la familia fluorada se produce aquí a granel ".
Los nanodiamantes son cristales microscópicos, o regiones de cristales, que muestran el mismo entramado de átomos de carbono que los diamantes a macroescala. Cuando se descubrieron por primera vez en la década de 1960, se fabricaron bajo calor y alta presión a partir de detonaciones.
En los últimos años, los investigadores han encontrado procesos químicos para crear las mismas celosías. Un informe del año pasado del teórico de Rice Boris Yakobson mostró cómo el flúor puede ayudar a producir nanodiamantes sin alta presión, y el propio laboratorio de Tour demostró el uso de láseres pulsados para convertir el teflón en fluoradonanodiamante.
Los nanodiamantes son muy deseables para aplicaciones electrónicas, ya que pueden doparse para servir como semiconductores de banda ancha, componentes importantes en la investigación actual de Rice y el Laboratorio de Investigación del Ejército.
El nuevo proceso simplifica la parte de dopaje, no solo para los nanodiamantes sino también para los otros alótropos. Tour dijo que el laboratorio de Rice está explorando el uso de boro, fósforo y nitrógeno como aditivos también.
En tiempos de destello más largos, los investigadores consiguieron incrustados nanodiamantes en conchas concéntricas de carbono fluorado. Una exposición incluso más prolongada convirtió el diamante por completo en conchas, de afuera hacia adentro.
"Las estructuras de capa concéntrica se han utilizado como aditivos lubricantes, y este método flash podría proporcionar una ruta económica y rápida a estas formaciones", dijo Tour.
Los coautores del artículo son los estudiantes graduados de Rice, John Tianci Li, Zhe Wang, Wala Algozeeb, Emily McHugh, Kevin Wyss, Paul Advincula, Jacob Beckham y Bo Jiang, el científico investigador Carter Kittrell y los exalumnos Duy Xuan Luong y Michael Stanford.Tour es la Cátedra TT y WF Chao en Química, así como profesor de ciencias de la computación y ciencia de materiales y nanoingeniería en Rice.
La Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y el Departamento de Energía apoyaron la investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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