Met behulp van een nanokristallijne diamant gebouwd door plasmadampafzetting, Yogesh Vohra, doctoraat, heeft al een druk veroorzaakt die bijna twee keer groter is dan die in het centrum van de aarde.

Nu meldt hij in een studie gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten , dat het fabricageproces van deze roman, nanokristallijne-diamanten micro-aambeelden hebben bewezen "opmerkelijk consistent" te zijn en vertonen "een hoge mate van reproduceerbaarheid bij fabricage".

Deze resultaten zijn bemoedigend voor verder onderzoek om materialen te bestuderen onder extreme omstandigheden van druk en temperatuur, zegt Vohra, een professor en universitair wetenschapper in de natuurkunde aan het UAB College of Arts and Sciences aan de University of Alabama in Birmingham.

De nanokristallijne diamant ziet eruit als een klein stukje materiaal dat bovenop het platte culet-oppervlak van een edelsteendiamant van een derde karaat is gegroeid. Om de nubbin te construeren, de edelsteendiamant is bedekt met een dunne wolfraamfilm met een cirkel van 15 tot 20 micrometer die in het midden is geëtst. De nanokristallijne diamant begint te groeien als kleine diamantkorrels in die cirkel bovenop het oppervlak van de edelsteendiamant. De korrels vormen zich door dampafzetting uit plasma gemaakt door methaan te verhitten, waterstof- en stikstofgassen.

Plasma is een hete, geïoniseerde gasvormige stof die de vierde toestand van materie is na vloeistoffen, vaste stoffen en gassen. Korrels van nanokristallijne diamant zijn typisch tussen de 5 en 100 nanometer groot.

Vohra en UAB-collega's keken naar de nucleatiemorfologieën van de nanokristallen in een vroeg stadium, drie en 15 minuten na de start van de synthese. Ze ontdekten dat nucleatie van nanokristallijne diamanten snel begint, en zonder de noodzaak van voorgroei aan de oppervlakte te zaaien met kleine stipjes diamant. In tegenstelling tot, een dergelijke enting is vereist voor diamantgroei op sommige andere oppervlakken.

Na slechts één minuut groei, elektronenmicroscoopbeelden toonden substantiële nucleatieplaatsen op het oppervlak van het eenkristal edelsteendiamant aambeeld. Op drie minuten, alleen kleine delen van het edelsteenoppervlak misten nanokristallijne diamantdekking, en met 15 minuten, er was een volledige en uniforme dekking door nanokristallijne korrels die over het hele groeigebied aan elkaar begonnen te klonteren.

De groei vertraagde tussen drie en zes uur, en de nanokristallijne diamant had de neiging samen te smelten tot een halfbolvormige structuur. Vohra zegt dat deze geometrie consistent is waargenomen tijdens elk tweetraps groei-experiment dat de UAB-onderzoekers hebben uitgevoerd. In aanvulling, er lijkt een geometrische grens te zijn aan de totale groeidimensies.

De nanokristallijne nubbin verbetert de druk die haalbaar is met diamanten micro-aambeelden aanzienlijk. Eenkristal edelsteendiamanten met een culetgrootte van 300 micron, zonder de nanokristallijne nubbin, kan slechts 75 gigapascal aan druk genereren. Wanneer de nanokristallijne diamant wordt toegevoegd, de micro-aambeelden kunnen wel 500 gigapascal aan druk genereren. De UAB-onderzoekers hopen een druk van 1 te bereiken, 000 gigapascal, of een terapascal, van druk met hun nanokristallijne diamanten micro-aambeelden. Dat is dicht bij de druk in het centrum van de planeet Saturnus.

Deze immense druk kan mogelijk nog onbekende nieuwe materialen creëren en wordt ook gebruikt om faseveranderingen en compressiegedrag van materialen te bestuderen. In de natuurlijke wereld, zulke immense krachten diep onder de grond kunnen koolstof in diamanten veranderen, of vulkanische as in leisteen.

Het UAB-team onderzocht ook nanokristallijne diamanten micro-aambeelden die loslieten tijdens de compressie en decompressie in een diamant-aambeeldcelapparaat. Met behulp van elektronenkrachtmicroscopie, scanning elektronenmicroscopie en Raman spectroscopie, de onderzoekers ontdekten dat het losraken zich voordeed in het grootste deel van het eenkristal edelsteendiamantbeeld onder het culet-oppervlak, niet op het grensvlak tussen de edelsteendiamant en de nanokristallijne diamantkern.

Dit gaf aan dat de grensvlakkleefkracht tussen de edelsteendiamant en de nanokristallijne diamantnubbin aanzienlijk lijkt te zijn, en dat de interface ultrahoge schuifspanningen kan overleven.

Vohra zegt dat UAB-onderzoekers zullen doorgaan met onderzoeken om de korrelgrootte en de kleefkracht op het grensvlak te manipuleren om nanokristallijne diamantmicro-aambeelden te optimaliseren voor onderzoek onder hoge druk.