Нова форма на твърд въглерод, наречена Q-въглерод, която е различна от познатите графит и диамант са открили изследователи от Университета на Северна Каролина. Те също така са разработили технология, която превръща Q-въглерода в диамантени структури при стайна температура и атмосферно налягане.
Различните форми на един и същи материал се наричат фази. Графитът е една от твърдите фази на въглерода; диамантът е друга фаза, обяснява сайтът phys.org.
"Ние създохме трета твърда фаза на въглерода", казва Джей Нараян (Jay Narayan) от Университета на Северна Каролина, водещ автор на три публикации, описващи работата. "Единственото място, където е възможно да се намери в естествено състояние е може би в ядрото на някои планети".
Q-въглеродът има някои необичайни характеристики. Първото е, че той е феромагнит, а никоя друга твърда форма на въглерода няма магнитни свойства. "Не предполагах, че това е възможно", отбелязва Нараян.
Освен това, Q-въглеродът е по-твърд, отколкото диаманта и свети под въздействието даже на ниски нива на енергия.
"Здравината на Q-въглерода и готовността му да освобождава електрони го прави много обещаващ за разработването на нови технологии за електронни дисплеи", обяснява Нараян.
Но Q-въглерод може да се използва и за създаване на разнообразие от монокристални диаманти.
Какъв е процесът на създаване на Q-въглерод
Изследователите започват с подложка например сапфир, стъкло или пластмасов полимер. След това подложката се покрива с аморфен въглерод, т.е. такъв, който за разлика от графита или диаманта няма подредена, кристална структура. След това въглеродът се подлага на лазерен импулс с продължителност около 200 наносекунди. По време на този импулс, температурата на въглерода се повишава до 4000 Келвина или около 3727 градуса по Целзий и след това бързо се охлажда. Тази операция се извършва при налягане една атмосфера - същото налягане като околния въздух.
Крайният резултат е филм от Q-въглерод, а изследователите могат да контролират процеса, за да направят филми с дебелина между 20 нанометра и 500 нанометра.
Чрез използване на различни субстрати (подложки) и промяна на продължителността на лазерния импулс, изследователите могат също да контролират и колко бързо да се охлади въглерода. Чрез промяна на скоростта на охлаждане, учените могат да създадат диамантени структури в Q-въглерода.
Приложения
"Ние можем да създаваме диамантени нано- или микроигли, наноточки (локализирани наноразмерни структури) или диамантени филми с голяма площ, с евентуални приложения за доставка на лекарства, в производствени процеси и за създаването на високо-температурни превключватели в силовата електроника", коментира Нараян. "Тези диамантени обекти имат единична кристална структура, което ги прави по-здрави от поликристалните материали. И всичко това е постигнато при стайна температура и нормално атмосферно налягане, основно с помощта на лазер като тези, използвани в лазерната очна хирургия. Така че, това ще ни позволи да разработим нови приложения, докато самият процес е сравнително евтин."
А ако изследователите искат да преобразуват повече Q-въглерод в диамант, те просто трябва да повтарят процеса лазерен импулс/охлаждане.
Но ако Q-въглеродът е по-твърд от диамант, защо някой ще иска да прави диамантени наноточки вместо Q-въглеродни такива? Защото все още не се знае много за този нов материал.
"Ние можем да правим Q-въглеродни филми и да проучваме неговите качества, но все още не знаем как да работим с него", заяви Нараян. "Ние знаем много за диаманта, така че да можем да правим диамантени наноточки. Ние все още не знаем как да направим Q-въглеродни наноточки или микроигли. Това е нещо, върху което работим в момента".
Изобретателите са подали две заявки за патенти за технологиите по създаването на Q-въглерода и на диаманти.
Работата е описана в две статии, и двете от които са в съавторство с Анагх Баумик (Anagh Bhaumik), също от Университета на Северна Каролина. "Нова фаза на въглерода, феромагнетизъм и конвертиране в диамант" (Novel Phase of Carbon, Ferromagnetism and Conversion into Diamond) е публикувана онлайн на 30 ноември в Journal of Applied Physic. "Директно преобразуване на аморфен въглерод в диамант при стайна температура и налягане на въздуха"(Direct conversion of amorphous carbon into diamond at ambient pressures and temperatures in air) е публикувана на 7 октомври в списание APL Materials.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари