Onderzoekers van de Friedrich-Alexander Universität Erlangen Nürnberg (FAU) zijn een stap dichter bij hun doel gekomen om grote diamantfolies te leveren voor praktische toepassingen. In een proefreactor ze zijn erin geslaagd om 's werelds grootste diamantfolie te produceren met een diameter van 28 centimeter. Diamantfolies kunnen worden gebruikt als ultieme slijtagebescherming in industriële toepassingen en voor onderzoek naar thermo-elektrische energieopwekking - een opkomende markt.

Diamanten worden niet alleen als waardevol beschouwd, maar ook vrijwel onverwoestbaar. Ze zijn een van de hardste natuurlijke materialen in ons universum. Bijgevolg, het is niet verwonderlijk dat het produceren van diamantfolie een sleutelgebied is geworden in materiaalwetenschappelijk onderzoek, vooral omdat deze lagen een extreme hardheid en slijtvastheid hebben, uitzonderlijke chemische inertie en maximale thermische geleidbaarheid. Helaas, het direct coaten van substraten met kristallijn diamant is alleen mogelijk op een beperkt aantal materialen. De onderzoeksgroep 'Ultra Hard Coatings' van de leerstoel Materials Science and Technology of Metals van de FAU heeft een proces ontwikkeld voor het groeien van diamantcoatings op siliciumsubstraten die kunnen worden gebruikt op materialen die niet geschikt zijn voor directe coating. Inmiddels zijn ze erin geslaagd om 's werelds grootste diamantfolie te produceren met een diameter van 28 centimeter. 'Door het productieproces op te schalen, we hebben aangetoond dat we in de toekomst diamantfolies ook in grote afmetingen als halffabrikaat voor de industrie kunnen produceren, ' legt Dr. Stefan Rosiwal uit, hoofd van de onderzoeksgroep Ultra Hard Coatings bij de leerstoel Materials Science and Technology of Metals. 'In deze diamantlagen, we kunnen de diamantkorrelgrootte aanpassen, de elektrische geleidbaarheid en thermische geleidbaarheid door de fabricageparameters met vele ordes van grootte te variëren.'

De procedure

Gedurende meerdere dagen, de diamantfolies worden geproduceerd in een testreactor waarin een 40 micrometer dikke diamantlaag - ongeveer de dikte van een mensenhaar - wordt gekweekt op een siliciumschijf met een diameter van 30 centimeter. De diamantfolies worden geproduceerd in een lagedrukatmosfeer van waterstof en twee procent methaan onder draden die worden verwarmd tot 2000 graden Celsius. Na het coatingproces, een korte pulslaser wordt gebruikt om een ​​cirkelvormige breukplaats met een diameter van 28,5 centimeter in het diamantoppervlak te brengen. Hierdoor is het mogelijk de afgezette laag als een zeer gladde diamantfolie van het siliciumsubstraat te scheiden.

Potentiële toepassingen

Deze procedure heeft een heel nieuw scala aan andere mogelijke toepassingen geopend. Vrijwel elk substraatmateriaal kan door middel van een geschikte verbindingstechniek worden bekleed met diamantfolie. De extreem harde en gladde diamantfolies kunnen, bijvoorbeeld, bescherm de oppervlakken van onderdelen tegen slijtage. Onderzoek heeft al aangetoond dat diamantfolies 100% bescherming kunnen bieden voor waterturbines die worden blootgesteld aan erosie door zand. Nu onderzoekers op grotere schaal productieprocessen voor diamantfolie succesvol hebben aangetoond, dit biedt mogelijkheden voor het direct coaten van industriële componenten op een meer kosteneffectieve manier. Dergelijke industriële componenten omvatten slijtvaste lagen voor mechanische afdichtingen in pompen en de productie van stabiele diamantelektroden voor zeer efficiënte waterzuiverings- en desinfectiesystemen. Deze innovatieve diamantelektrodesystemen worden gebruikt voor het wassen en desinfecteren van sinaasappelen na de oogst in Zuid-Europa, het verwijderen van rottende bacteriën van het oppervlak van de vrucht en het besparen van tot 80% water. In de toekomst, de technologie kan worden gebruikt op containerschepen of rioolwaterzuiveringsinstallaties. Diamantelektroden kunnen zelfs helpen in wasmachines door kleding schoon en fris te houden bij aanzienlijk lagere temperaturen.