(Phys.org) —Nanostructuren, zoals grafeen en koolstofnanobuizen, kan zich ontwikkelen onder veel extremere plasmacondities dan eerder werd gedacht. Plasma's (warm, geladen gassen) worden al veel gebruikt om interessante nanostructuren te maken. In het wetenschappelijke tijdschrift Koolstof , FOM-promovendus Kirill Bystrov laat zien dat koolstofnanostructuren zich ook onder veel extremere omstandigheden kunnen ontwikkelen dan normaal hiervoor.

DIFFER's Pilot-PSI-apparaat is gebouwd om wandmaterialen bloot te stellen aan plasma's die in toekomstige fusiereactoren zullen woeden. Dergelijke plasma's zijn 10, 000 keer intenser dan die welke normaal worden gebruikt voor de constructie van nanomaterialen. Met behulp van Pilot-PSI, Het internationale team van Bystrov toonde aan dat deze extreme omgeving onverwachte mogelijkheden biedt voor het maken van nanostructuren.

Uit evenwicht

Plasma's bieden grote voordelen voor de gecontroleerde productie van geavanceerde materialen. In het plasma kunnen ionen en elektronen ver uit hun thermische evenwicht worden gehaald. Onder deze voorwaarden, de depositieprocessen kunnen heel anders verlopen dan die bij thermisch evenwicht. Bij de veelgebruikte techniek van plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD) bepalen de plasmadichtheid en de hoeveelheid toegevoerd materiaal (koolstof) welke nanostructuren zich ontwikkelen. Het verdere plasma is van zijn thermisch evenwicht, hoe exotischer de structuren die zich ontwikkelen.

Variatie

Nadat ze verschillende materialen hadden blootgesteld, zoals wolfraam, molybdeen en grafiet tot een plasma met een koolstoftoevoer, Het team van Bystrov ontdekte een laag vol exotische koolstofnanostructuren:meerwandige of extra lange nanobuisjes, bloemkoolstructuren en lagen grafeen. Variërende parameters zoals de plasmadichtheid, temperatuur en samenstelling leverden telkens andere structuren op. Bystrov:"Het was zeer verrassend dat een enorm deeltjesbombardement zoals dat gebeurt aan de rand van een fusiereactor zulke delicate structuren kan opleveren". De invloed van het materiaal waarop de afgezette structuren vormden bleek verrassend klein:op alle drie de geteste oppervlakken ontwikkelden zich dezelfde soorten structuren.

Veelzijdige machines

Met het onderzoek, Bystrov en zijn collega's hebben nog geen concurrent voor de PECVD-techniek. "Onze interesse is om aan te tonen dat je interessante processen kunt laten plaatsvinden in omgevingen 10, 000 keer intenser dan je zou verwachten, Bystrov schrijft in zijn publicatie. Onderzoeksleider dr. Greg De Temmerman van het Plasma Surface Interactions team van DIFFER:"We hebben deze experimenten opgezet om te onderzoeken wat er gebeurt met de wandmaterialen in toekomstige fusiereactoren. Dit onderzoek toont aan dat de omstandigheden in Pilot-PSI en zijn grote broer Magnum-PSI ook ver buiten de fusiegemeenschap interessant zijn. Dit zijn zeer veelzijdige machines."