Los investigadores de la Universidad de Alabama en Birmingham utilizarán presiones mayores que las que se encuentran en el centro de la Tierra para crear potencialmente nuevos materiales aún desconocidos. En el mundo natural, estas inmensas fuerzas subterráneas pueden convertir el carbono en diamantes o las cenizas volcánicas en pizarra.
La capacidad de producir estas presiones depende de pequeños yunques de diamantes nanocristalinos construidos en una instalación de fabricación de salas limpias de la UAB. Cada cabeza de yunque tiene solo la mitad del ancho de un cabello humano promedio. Los límites de su presión aún no se han alcanzado comoSe están probando los primeros 27 prototipos.
"Hemos logrado el 75 por ciento de la presión encontrada en el centro de la Tierra, o 264 gigapascales, utilizando micro yunque de diamante nanocristalino cultivado en laboratorio", dijo Yogesh Vohra, Ph.D., profesor y académico universitario de físicaen la Facultad de Artes y Ciencias de la UAB. "Pero el objetivo es un terapascal, que es la presión cerca del centro de Saturno. Estamos a un cuarto del camino".
Un terapascal, una medida científica de presión, es igual a 147 millones de libras por pulgada cuadrada.
Una clave para la alta presión es hacer que la punta del yunque, donde se aplica la presión, sea muy estrecha. Esto aumenta la presión aplicada por un pistón sobre el micro-yunque, de forma muy similar a la diferencia de ser pisado por un pinchotacón alto en lugar de un holgazán.
Una tarea más difícil es cómo hacer un yunque que sea capaz de sobrevivir a esta presión ultraalta. La solución para el equipo de Vohra es hacer crecer un pilar de diamante nanocristalino - 30 micrómetros de ancho y 15 micrómetros de alto - en elculet de una gema de diamante. La culet es la superficie plana en el fondo de una gema.
"No sabíamos que podíamos cultivar diamantes nanocristalinos en una base de diamantes", dijo Vohra. "Esto nunca se había hecho antes".
En la prueba de presión de 264 gigapascales en el Laboratorio Nacional de Argonne en Lemont, Illinois, el diamante nanocristalino no mostró signos de deformación. Vohra y sus colegas informaron recientemente este resultado en la revista del Instituto Americano de Física Avances AIP .
"La estructura no colapsó cuando aplicamos presión", dijo Vohra. "El diamante nanocristalino tiene mejores propiedades mecánicas que los diamantes de gema. La estructura de grano de tamaño muy pequeño lo hace realmente resistente".
A medida que se prueben y mejoren más micro-yunques, se utilizarán para estudiar cómo se comportan los metales de transición, las aleaciones y los metales de tierras raras en condiciones extremas. Del mismo modo que el carbono grafítico que está sujeto a alta presión y temperatura puede convertirse en diamante, algunoslos materiales exprimidos por los micro-yunques pueden obtener modificaciones cristalinas novedosas con propiedades físicas y mecánicas mejoradas, modificaciones que se retienen cuando se libera la presión. Estos nuevos materiales tienen aplicaciones potenciales en las industrias aeroespacial, biomédica y nuclear.
Los micro-yunques se fabrican en una sala limpia de Clase 7000 en el Laboratorio de Microfabricación de Diamantes de la UAB, utilizando litografía sin máscara y deposición química de vapor de plasma de microondas.
Vohra dice que su equipo de investigación quiere generar tamaños de grano más pequeños en el diamante nanocristalino, lo que puede hacerlo aún más fuerte; comprender cómo se une el diamante nanocristalino al diamante de gema; y usar haces de iones para mecanizar la parte superior del micro-yunquea una forma hemisférica. Esa forma significará un punto de contacto aún más estrecho, aumentando así la presión.
Las pruebas se realizan en Argonne porque tiene una fuente de rayos X sincrotrón muy brillante que puede sondear la estructura cristalina de materiales del tamaño de micras bajo presión. Vohra y dos estudiantes graduados viajan a Argonne aproximadamente cuatro veces al año.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Alabama en Birmingham . Original escrito por Jeff Hansen. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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