Forskere dyrker en alsidig diamantfolie i en testreaktor

Friedrich-Alexander Universität Erlangen Nürnberg (FAU) forskere er kommet et skridt tættere på deres mål om at levere store diamantfolier til praktiske anvendelser. I en testreaktor, det er lykkedes dem at producere verdens største diamantfolie med en diameter på 28 centimeter. Diamantfolier kan bruges som ultimativ slidbeskyttelse i industrielle applikationer og til forskning i termoelektrisk elproduktion - et voksende marked.

Diamanter betragtes ikke kun som værdifulde, men også stort set uforgængeligt. De er et af de hårdeste naturlige materialer i vores univers. Følgelig, det er ikke overraskende, at fremstilling af diamantfolier er blevet et centralt område inden for materialevidenskabelig forskning, især da disse lag har ekstrem hårdhed og slidstyrke, enestående kemisk inertitet og maksimal varmeledningsevne. Desværre, belægning af substrater direkte med krystallinsk diamant er kun mulig på et begrænset udvalg af materialer. Forskningsgruppen 'Ultra Hard Coatings' ved FAU's Chair of Materials Science and Technology of Metals har udviklet en proces til dyrkning af diamantbelægninger på siliciumsubstrater, som kan bruges på materialer, der ikke er egnede til direkte belægning. Det er nu lykkedes dem at producere verdens største diamantfolie med en diameter på 28 centimeter. 'Ved at skalere fremstillingsprocessen, vi har demonstreret, at vi fremover kan producere diamantfolier som et halvfabrikat til industrien selv i store dimensioner, 'forklarer Dr. Stefan Rosiwal, leder af forskningsgruppen Ultra Hard Coatings ved formanden for Materials Science and Technology of Metals. 'I disse diamantlag, vi kan justere diamantkornstørrelsen, den elektriske ledningsevne og varmeledningsevne ved at variere produktionsparametrene med mange størrelsesordener. '

Proceduren

Over flere dage, diamantfolierne fremstilles i en testreaktor, hvor et 40 mikrometer tykt diamantlag - omtrent tykkelsen af ​​et menneskehår - dyrkes på en siliciumskive med en diameter på 30 centimeter. Diamantfolierne produceres i en lavtryksatmosfære af brint og to procent metan under ledninger, der opvarmes til 2000 grader Celsius. Efter belægningsprocessen, en kortpulslaser bruges til at indføre et cirkulært brudsted med en diameter på 28,5 centimeter i diamantoverfladen. Dette gør det muligt at adskille det deponerede lag som en meget glat diamantfolie fra siliciumsubstratet.

Potentielle applikationer

Denne procedure har åbnet en helt ny række andre mulige applikationer. Stort set ethvert substratmateriale kan belægges med diamantfilm ved hjælp af en passende samlingsteknik. De ekstremt hårde og glatte diamantfolier kan, for eksempel, beskytte komponentoverflader mod slid. Forskning har allerede vist, at diamantfolier kan give 100% beskyttelse for vandmøller, der udsættes for erosion fra sand. Nu hvor forskere har demonstreret fremstillingsprocesser med diamantfolie med succes i større skala, dette åbner muligheder for at belægge industrielle komponenter direkte på en mere omkostningseffektiv måde. Sådanne industrielle komponenter omfatter slidstærke lag til mekaniske tætninger i pumper samt produktion af stabile diamantelektroder til yderst effektive vandrensnings- og desinfektionssystemer. Disse innovative diamantelektrodesystemer bruges til vask og desinficering af appelsiner efter høst i Sydeuropa, fjerne forrådnende bakterier fra overfladen af ​​frugten og spare op til 80% vand. I fremtiden, teknologien kunne bruges på containerskibe eller rensningsanlæg. Diamantelektroder kan endda hjælpe i vaskemaskiner ved at holde tøjet rent og friskt ved betydeligt lavere temperaturer.