Direkte skrivning af diamantmønstre fra grafit et potentielt teknologisk spring

(Phys.org) – Det, der begyndte som forskning i en metode til at styrke metaller, har ført til opdagelsen af ​​en ny teknik, der bruger en pulserende laser til at skabe syntetiske nanodiamantfilm og -mønstre ud fra grafit, med potentielle anvendelser fra biosensorer til computerchips.

"Den største fordel er, at du selektivt kan afsætte nanodiamant på stive overflader uden de høje temperaturer og tryk, der normalt er nødvendige for at producere syntetisk diamant, " sagde Gary Cheng, en lektor i industriteknik ved Purdue University. "Vi gør dette ved stuetemperatur og uden et højtemperatur- og trykkammer, så denne proces kan sænke omkostningerne ved fremstilling af diamant betydeligt. Ud over, vi realiserer en direkte skriveteknik, der selektivt kunne skrive nanodiamant i designede mønstre."

Evnen til selektivt at "skrive" diamantlinjer på overflader kunne være praktisk til forskellige potentielle anvendelser, herunder biosensorer, kvanteberegning, brændselsceller og næste generations computerchips.

Teknikken fungerer ved at bruge en flerlagsfilm, der inkluderer et lag grafit toppet med et glasdæklag. Udsættelse af denne lagdelte struktur for en ultrahurtigt pulserende laser omdanner øjeblikkeligt grafitten til et ioniseret plasma og skaber et nedadgående tryk. Så størkner grafitplasmaet hurtigt til diamant. Glaspladen begrænser plasmaet for at forhindre det i at undslippe, lader det danne en nanodiamantbelægning.

"Dette er supersmå diamanter, og belægningen er superstærk, så det kan bruges til højtemperatursensorer, " sagde Cheng.

Forskningsresultater er detaljeret i et papir, der blev vist online i Nature-tidsskriftet Videnskabelige rapporter . Papiret er forfattet af tidligere Purdue doktorandstuderende Yuefeng Wang, Yingling Yang, Ji Li og Martin Y. Zhang; postdoktoral forskningsassistent Jiayi Shao; ph.d.-studerende Qiong Nian og Liang Tang; og Cheng.

Forskerne gjorde opdagelsen, mens de studerede, hvordan man styrker metaller ved hjælp af et tyndt lag grafit og en nanosekund-pulserende laser. En ph.d.-studerende bemærkede, at laseren enten fik grafitten til at forsvinde eller blev semi-transparent.

"Den sorte belægning af grafit var væk, men hvor blev det af?" sagde Cheng.

Efterfølgende forskning viste, at grafitten var blevet til diamant. Purdue-forskerne har kaldt processen begrænset pulslaseraflejring (CPLD).

Forskerholdet bekræftede, at strukturerne er diamanter ved hjælp af en række forskellige teknikker, herunder transmissionselektronmikroskopi, Røntgendiffraktion og måling af elektrisk modstand.

En amerikansk patentansøgning er blevet indgivet på konceptet gennem Purdue Office of Technology Commercialization. Mere forskning er nødvendig for at kommercialisere teknikken, sagde Cheng.