Imágenes de microscopía electrónica de barrido de alta resolución de (a) una nano fibra de carbono (CNF) antes de la técnica de recocido por láser pulsado (PLA), (b) CNF después de PLA que muestra la conversión de nano fibras de carbono en nano fibras de diamante. Crédito:Universidad Estatal de Carolina del Norte
La investigación de la Universidad Estatal de Carolina del Norte ha demostrado una nueva técnica que convierte fibras de carbono y nanotubos en fibras de diamante a temperatura ambiente y presión en el aire utilizando un método de láser pulsado.
El método de conversión consiste en fundir el carbono utilizando pulsos de láser de nanosegundos y luego apagarlo, o enfriar rápidamente, el material.
Estas fibras de diamante podrían encontrar usos en dispositivos a nanoescala con funciones que van desde la computación cuántica, detección y comunicación con cepillos de diamante y pantallas de emisión de campo. El método también se puede usar para crear fibras de carbono sembradas con diamante que se pueden usar para hacer crecer estructuras de diamante más grandes usando técnicas de deposición de vapor químico de filamento caliente y de deposición de vapor químico mejorada con plasma. Estas estructuras de diamante más grandes podrían encontrar usos como revestimientos de herramientas para la exploración de petróleo y gas, así como para la perforación en aguas profundas. y para joyas de diamantes.
Los métodos anteriores utilizados para convertir carbono no diamante en diamante han implicado el uso de calor y presión extremos a un gran costo con un rendimiento limitado. Derretir el carbón con pulsos de láser y luego enfriarlo con un sustrato hecho de zafiro, el vidrio o un polímero plástico son las dos claves del descubrimiento, dijo el Dr. Jagdish Narayan, John C. Fan, profesor titular distinguido en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de NC State y autor correspondiente de un artículo que describe el trabajo.
"Sin subenfriamiento, no se puede convertir carbono en diamante de esta manera, "Dijo Narayan.
Cuando se calienta, el carbono normalmente pasa de un estado sólido a un gas. El uso de un sustrato restringe el flujo de calor del pulso láser lo suficiente como para que el carbón no cambie de fase.
El laser similares a los que se utilizan para la cirugía ocular Lasik, se utiliza durante solo 100 nanosegundos y calienta el carbono a una temperatura de 4, 000 Kelvin, alrededor de 3, 727 grados centígrados.
El papel, "Conversión directa de nanofibras y nanotubos de carbono en nanofibras de diamante y posterior crecimiento de diamantes de gran tamaño, "se publica en Nanoescala , una revista de la Royal Society of Chemistry.
