Los investigadores de materiales de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado una nueva técnica para depositar diamantes en la superficie del nitruro de boro cúbico c-BN, integrando los dos materiales en una sola estructura cristalina.
"Esto podría usarse para crear dispositivos de alta potencia, como los transformadores de estado sólido necesarios para crear la red eléctrica 'inteligente' de próxima generación", dice Jay Narayan, Profesor Distinguido John C. Fan, Profesor de Ciencia e Ingeniería de Materialesen NC State y autor principal de un artículo que describe la investigación.
"También podría usarse para crear herramientas de corte, maquinado de alta velocidad y equipos de perforación en aguas profundas", dice Narayan. "El diamante es duro, pero tiende a oxidarse, transformándose en grafito, que es más suave. Una capa dec-BN evitaría la oxidación. El diamante también interactúa con el hierro, lo que dificulta su uso con herramientas de acero. Nuevamente, c-BN abordaría el problema ".
C-BN es una forma de nitruro de boro que tiene una estructura cristalina cúbica. Tiene propiedades similares al diamante, pero tiene varias ventajas: c-BN tiene una banda prohibida más alta, lo cual es atractivo para usar en dispositivos de alta potencia; c-BN puede ser "dopado" para darle capas cargadas positiva y negativamente, lo que significa que podría usarse para hacer transistores, y forma una capa de óxido estable en su superficie cuando se expone al oxígeno, haciéndolo estable a altas temperaturas.A principios de este año, Narayan presentó una técnica más rápida y menos costosa para crear c-BN.
Para crear las estructuras epitaxiales o monocristalinas de diamante / c-BN, los investigadores comienzan creando un sustrato de c-BN. Esto se hace utilizando la nueva técnica que Narayan publicó a principios de este año. Luego usan un proceso llamado pulso-deposición con láser, que se realiza a 500 grados Celsius y una presión atmosférica optimizada, para depositar diamantes en la superficie del c-BN. La técnica de pulso láser les permite controlar el grosor de la capa de diamantes.
"Todo esto se hace en una sola cámara, lo que hace que el proceso sea más eficiente en cuanto a energía y tiempo", dice Narayan. "Usas solo carbono y BN en estado sólido, y es más benigno para el medio ambiente que las técnicas convencionales".
Los investigadores también pudieron depositar diamantes en el c-BN usando la técnica de deposición química de vapor convencional, que utiliza gas metano, gas hidrógeno y un filamento de tungsteno a 900 ° C.
"El enfoque de deposición química de vapor funciona, pero nuestro enfoque de deposición por láser pulsado funciona mucho mejor, no involucra gases tóxicos y se puede hacer a temperaturas mucho más bajas", dice Narayan.
Narayan ha cofundado una compañía, Q-Carbon LLC, que ha licenciado la técnica y está trabajando para comercializarla para múltiples aplicaciones.
El documento, "Conversión directa de h-BN en c-BN y formación de heteroestructuras epitaxiales de c-BN / Diamond", se publica en el Revista de Física Aplicada . El documento fue escrito en colaboración con Anagh Bhaumik, estudiante de doctorado en NC State, y Weizong Xu, investigador asociado postdoctoral en NC State. El trabajo fue apoyado por la National Science Foundation con el número de beca 1304067.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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