Nanoteknologer danner næsten friktionsfrit diamantmateriale

Forskere ved University of Pennsylvania, University of Wisconsin-Madison og IBM Research-Zürich har fremstillet en ultra skarp, diamantlignende kulstofspids med så høj styrke, at den er 3, 000 gange mere slidstærk på nanoskala end silicium.

Slutresultatet er et diamantlignende kulstofmateriale masseproduceret i nanoskala, som ikke slides. Den nye spids i nanostørrelse, siger forskere, slides væk med en hastighed på et atom pr. mikrometer glidning på et substrat af siliciumdioxid, meget lavere end det for en siliciumoxidspids, der repræsenterer den aktuelle state-of-the-art. Består af kulstof, brint, silicium og ilt støbt i form af en spids i nanostørrelse og integreret i enden af ​​en siliciummikantant til brug i atomkraftmikroskopi, materialet har teknologiske implikationer for atomar billeddannelse, sondebaseret datalagring og som nye applikationer såsom nanolitografi, nanometri og nanofremstilling.

Betydningen af ​​opdagelsen ligger ikke kun i dens størrelse og modstandsdygtighed over for slid, men også i det hårde underlag, som det viste sig at fungere godt imod, når det var i glidende kontakt:siliciumdioxid. Fordi silicium - brugt i næsten alle integrerede kredsløbsenheder - oxiderer i atmosfæren og danner et tyndt lag af dets oxid, dette system er det mest relevante for nanolitografi, applikationer til nanometri og nanofremstilling.

Probe-baserede teknologier forventes at spille en dominerende rolle i mange sådanne teknologier; imidlertid, dårlig slidstyrke af mange materialer, når de glider mod siliciumoxid, inklusive siliciumoxid selv, har stærkt begrænset nytteværdi for laboratoriet.

Forskere byggede materialet fra bunden, i stedet for at belægge en spids i nanoskala med slidbestandige materialer. Samarbejdet brugte en støbeteknik til at fremstille monolitiske spidser på standard silicium mikrokantillevere. En bulkbehandlingsteknik, der har potentialet til at skalere op til kommerciel fremstilling, er tilgængelig.

Robert Carpick, professor ved Institut for Mekanisk Teknik og Anvendt Mekanik i Penn, og hans forskningsgruppe havde tidligere vist, at kulstofbaserede tynde film, inklusive diamantlignende kulstof, havde lav friktion og slid på nanoskalaen; imidlertid, det har været svært at fremstille strukturer i nanoskala lavet af diamantlignende kulstof indtil nu.

At forstå friktion og slid på nanoskalaen er vigtigt for mange applikationer, der involverer nanoskalakomponenter, der glider på en overflade.

"Det er ikke klart, at materialer, der er slidstærke på makroskala, udviser samme egenskaber på nanoskala, "hovedforfatter Harish Bhaskaran, som var postdoc ved IBM under studiet, sagde.

defekter, revner og andre fænomener, der påvirker materialestyrke og slid på makroskopiske skalaer, er mindre vigtige på nanoskalaen, derfor kan nanotråde, for eksempel, viser højere styrker end bulkprøver.

Undersøgelsen er offentliggjort i den aktuelle udgave af tidsskriftet Natur nanoteknologi .