Onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania, de University of Wisconsin-Madison en IBM Research-Zürich hebben een ultrascherp, diamantachtige koolstofpunt met zo'n hoge sterkte dat het 3, 000 keer slijtvaster op nanoschaal dan silicium.

Het eindresultaat is een diamantachtig koolstofmateriaal dat op nanoschaal in massa wordt geproduceerd en niet slijt. De nieuwe tip van nanoformaat, onderzoekers zeggen, slijt weg met een snelheid van één atoom per micrometer glijden op een substraat van siliciumdioxide, veel lager dan die voor een siliciumoxidepunt dat de huidige stand van de techniek vertegenwoordigt. Bestaande uit koolstof, waterstof, silicium en zuurstof gegoten in de vorm van een tip van nanoformaat en geïntegreerd op het uiteinde van een silicium microcantilever voor gebruik in atoomkrachtmicroscopie, het materiaal heeft technologische implicaties voor atomaire beeldvorming, op sondes gebaseerde gegevensopslag en als opkomende toepassingen zoals nanolithografie, nanometrologie en nanofabricage.

Het belang van de ontdekking ligt niet alleen in de grootte en slijtvastheid, maar ook in het harde substraat waartegen het goed bleek te presteren in glijdend contact:siliciumdioxide. Omdat silicium -- gebruikt in bijna alle apparaten met geïntegreerde schakelingen -- in de atmosfeer oxideert en een dunne laag van zijn oxide vormt, dit systeem is het meest relevant voor nanolithografie, nanometrologie en nanofabricagetoepassingen.

Op sondes gebaseerde technologieën zullen naar verwachting een dominante rol spelen in veel van dergelijke technologieën; echter, slechte slijtageprestaties van veel materialen wanneer ze tegen siliciumoxide worden geschoven, inclusief siliciumoxide zelf, heeft een zeer beperkte bruikbaarheid voor het laboratorium.

Onderzoekers hebben het materiaal vanaf de grond opgebouwd, in plaats van een punt op nanoschaal te coaten met slijtvaste materialen. De samenwerking gebruikte een giettechniek om monolithische tips op standaard silicium microcantilevers te fabriceren. Er is een bulkverwerkingstechniek beschikbaar die het potentieel heeft om op te schalen voor commerciële productie.

Robert Carpick, hoogleraar bij de afdeling Werktuigbouwkunde en Toegepaste Mechanica van Penn, en zijn onderzoeksgroep hadden eerder aangetoond dat op koolstof gebaseerde dunne films, inclusief diamantachtige koolstof, had lage wrijving en slijtage op nanoschaal; echter, het was tot nu toe moeilijk om structuren op nanoschaal te maken die zijn gemaakt van diamantachtige koolstof.

Het begrijpen van wrijving en slijtage op nanoschaal is belangrijk voor veel toepassingen waarbij componenten op nanoschaal op een oppervlak schuiven.

"Het is niet duidelijk dat materialen die slijtvast zijn op macroschaal dezelfde eigenschap vertonen op nanoschaal, " hoofdauteur Harish Bhaskaran, die tijdens de studie postdoctoraal onderzoek deed bij IBM, zei.

gebreken, scheuren en andere fenomenen die materiaalsterkte en slijtage op macroscopische schaal beïnvloeden, zijn op nanoschaal minder belangrijk, daarom kunnen nanodraden, bijvoorbeeld, tonen hogere sterkten dan bulkmonsters.

De studie is gepubliceerd in de huidige editie van het tijdschrift Natuur Nanotechnologie .