Usando un diamante nanocristalino construido por deposición de vapor de plasma, Yogesh Vohra, Ph.D., ya ha producido una presión casi dos veces mayor que la encontrada en el centro de la Tierra.
Ahora informa, en un estudio publicado en Informes científicos , que el proceso de fabricación de estos novedosos micro-yunques de diamantes nanocristalinos ha demostrado ser "notablemente consistente" y demuestra "un alto nivel de reproducibilidad en la fabricación"
Estos resultados son alentadores para la investigación continua para estudiar materiales en condiciones extremas de presión y temperatura, dice Vohra, profesor y académico universitario de física en la Facultad de Artes y Ciencias de la UAB en la Universidad de Alabama en Birmingham.
El diamante nanocristalino se parece a una pequeña protuberancia de material que crece en la parte superior de la superficie plana de la cáscara de un diamante de gemas de un tercio de quilate. Para construir la protuberancia, el diamante de gemas se recubre con una película delgada de tungsteno que tiene una capa de 15-hasta un círculo de 20 micrómetros grabado en el centro. El diamante nanocristalino comienza a crecer como pequeños granos de diamante en ese círculo en la parte superior de la superficie de la gema del diamante. Los granos se forman a través de la deposición de vapor del plasma producido al calentar gases de metano, hidrógeno y nitrógeno.
El plasma es una sustancia gaseosa ionizada caliente que es el cuarto estado de la materia después de líquidos, sólidos y gases. Los granos de diamante nanocristalino tienen típicamente un tamaño de entre 5 y 100 nanómetros.
Vohra y sus colegas de la UAB observaron las morfologías de nucleación en fase inicial de los nanocristales a uno, tres y 15 minutos después del inicio de la síntesis. Descubrieron que la nucleación de diamantes nanocristalinos comienza rápidamente y sin necesidad de sembrar en la superficie antes del crecimiento con pequeñas manchasde diamante. En contraste, tal siembra es necesaria para el crecimiento del diamante en algunas otras superficies.
Después de solo un minuto de crecimiento, las imágenes del microscopio electrónico mostraron sitios de nucleación sustanciales en la superficie del yunque de diamantes de gemas de cristal único. A los tres minutos, solo pequeñas áreas de la superficie de las gemas carecían de cobertura de diamantes nanocristalinos, y en 15 minutosfue una cobertura completa y uniforme por granos nanocristalinos que comienzan a agruparse en toda la región de crecimiento.
El crecimiento se desaceleró entre tres y seis horas, y el diamante nanocristalino tendió a fusionarse en una estructura semiesférica. Vohra dice que esta geometría se ha observado de manera constante en cada experimento de crecimiento en dos etapas que los investigadores de la UAB han realizado. Además, parece queser un límite geométrico a las dimensiones totales de crecimiento.
La nubbina nanocristalina mejora en gran medida las presiones que se pueden lograr con micro yunques de diamante. Los diamantes de gema de cristal único con un tamaño de culet de 300 micras, sin la nubbina nanocristalina, pueden generar solo 75 gigapascales de presión. Cuando se agrega el diamante nanocristalino, ellos micro-yunques pueden generar hasta 500 gigapascales de presión. Los investigadores de la UAB esperan alcanzar una presión de 1,000 gigapascales, o un terapascal, de presión con sus micro-yunques de diamantes nanocristalinos. Eso está cerca de la presión en el centro delplaneta Saturno
Esta inmensa presión puede potencialmente crear nuevos materiales aún desconocidos y también se utilizan para estudiar los cambios de fase y el comportamiento de compresión de los materiales. En el mundo natural, estas inmensas fuerzas subterráneas pueden convertir el carbono en diamantes o las cenizas volcánicas en pizarra.
El equipo de la UAB también examinó los micro yunques de diamantes nanocristalinos que mostraron desprendimiento durante la compresión y descompresión en un dispositivo de células de yunque de diamante. Mediante microscopía electrónica de fuerza, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía Raman, los investigadores descubrieron que la falla del desprendimiento ocurrió en elLa mayor parte del yunque de diamantes de gemas de un solo cristal debajo de la superficie de la culeta, no en la interfaz entre el diamante de gemas y la nubbina de diamantes nanocristalinos.
Esto indica que la resistencia adhesiva interfacial entre el diamante de gema y la nubbina de diamante nanocristalino parece ser sustancial, y que la interfaz puede sobrevivir a tensiones de cizallamiento ultra altas.
Vohra dice que los investigadores de la UAB continuarán los estudios para manipular el tamaño de grano y la fuerza adhesiva en la interfaz para optimizar los micro yunques de diamantes nanocristalinos para la investigación a alta presión.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Alabama en Birmingham . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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