Los físicos de la Universidad de Alabama en Birmingham han dado el primer paso en un esfuerzo de cinco años para crear compuestos novedosos que superen a los diamantes en resistencia al calor y casi rivalicen con ellos en dureza.

Están respaldados por un período de cinco años, Premio de la Fundación Nacional de Ciencias de $ 20 millones para crear nuevos materiales y mejorar tecnologías utilizando el cuarto estado de la materia:plasma.

Plasma:a diferencia de los otros tres estados de la materia, sólido, líquido y gas:no existe de forma natural en la Tierra. Esta sustancia gaseosa ionizada se puede producir calentando gases neutros. En el laboratorio, Yogesh Vohra, profesor y becario universitario del Departamento de Física de la UAB, utiliza plasma para crear una fina película de diamantes. Tales películas tienen muchos usos potenciales, como revestimientos para hacer que las juntas artificiales sean duraderas o para mantener el filo de las herramientas de corte, desarrollando sensores para entornos extremos o creando nuevos materiales superduros.

Para hacer una película de diamantes Vohra y sus colegas envían una mezcla de gases a una cámara de vacío, calentándolos con microondas para crear plasma. La baja presión en la cámara es equivalente a la atmósfera a 14 millas sobre la superficie de la Tierra. Después de cuatro horas, el vapor ha depositado una fina película de diamante en su objetivo.

En un artículo de la revista Materiales , Vohra y sus colegas de la Facultad de Artes y Ciencias de la UAB investigaron cómo la adición de boro, mientras haces una película de diamantes, propiedades cambiadas del material de diamante.

Ya se sabía que, si los gases son una mezcla de metano e hidrógeno, los investigadores obtienen una película de diamante microcristalina formada por muchos cristales de diamante diminutos que tienen un tamaño promedio de 800 nanómetros. Si se agrega nitrógeno a esa mezcla de gases, los investigadores obtienen diamantes nanoestructurados, compuesto por cristales de diamante extremadamente pequeños con un tamaño promedio de solo 60 nanómetros.

En el presente estudio, el equipo de Vohra agregó boro, en forma de diborano, o B2H6, al gas de alimentación de hidrógeno / metano / nitrógeno y encontraron resultados sorprendentes. El tamaño de grano en la película de diamante aumentó abruptamente desde los 60 nanómetros, tamaño nanoestructurado visto con el gas de alimentación de hidrógeno / metano / nitrógeno a un 800 nanómetro, tamaño microcristalino. Es más, este cambio se produjo con cantidades mínimas de diborano, sólo 170 partes por millón en el plasma.

Usando espectroscopía de emisión óptica y variando las cantidades de diborano en el gas de alimentación, El grupo de Vohra descubrió que el diborano disminuye la cantidad de radicales carbono-nitrógeno en el plasma. Por lo tanto, Vohra dijo:"Nuestro estudio ha identificado claramente el papel de las especies de carbono-nitrógeno en la síntesis de diamantes nanoestructurados y la supresión de las especies de carbono-nitrógeno mediante la adición de boro al plasma".

Dado que la adición de boro también puede cambiar la película de diamante de un no conductor a un semiconductor, Los resultados de la UAB ofrecen un nuevo control tanto del tamaño de grano de la película de diamante como de las propiedades eléctricas para diversas aplicaciones.

Durante los próximos años, Vohra y sus colegas investigarán el uso del proceso de deposición de vapor químico por plasma de microondas para hacer películas delgadas de carburos de boro. nitruros de boro y compuestos de carbono-boro-nitrógeno, buscando compuestos que sobrevivan al calor mejor que los diamantes y que también tengan una dureza similar a la del diamante. En presencia de oxígeno, los diamantes comienzan a arder aproximadamente a 1, 100 grados Fahrenheit.