(Phys.org) —Wat begon als onderzoek naar een methode om metalen te versterken, heeft geleid tot de ontdekking van een nieuwe techniek die een pulserende laser gebruikt om synthetische nanodiamantfilms en -patronen van grafiet te maken, met mogelijke toepassingen van biosensoren tot computerchips.

"Het grootste voordeel is dat je selectief nanodiamant op stijve oppervlakken kunt deponeren zonder de hoge temperaturen en drukken die normaal nodig zijn om synthetische diamant te produceren, " zei Gary Cheng, een universitair hoofddocent industriële techniek aan de Purdue University. "We doen dit op kamertemperatuur en zonder een hoge temperatuur- en drukkamer, dus dit proces zou de kosten voor het maken van diamant aanzienlijk kunnen verlagen. In aanvulling, we realiseren een directe schrijftechniek die selectief nanodiamant in ontworpen patronen kan schrijven."

De mogelijkheid om selectief diamantlijnen op oppervlakken te "schrijven" kan praktisch zijn voor verschillende mogelijke toepassingen, waaronder biosensoren, kwantumcomputers, brandstofcellen en computerchips van de volgende generatie.

De techniek werkt met behulp van een meerlagige film met een laag grafiet met daarop een glazen dekblad. Door deze gelaagde structuur bloot te stellen aan een ultrasnel pulserende laser, wordt het grafiet onmiddellijk omgezet in een geïoniseerd plasma en ontstaat er een neerwaartse druk. Dan stolt het grafietplasma snel tot diamant. De glasplaat omsluit het plasma om te voorkomen dat het ontsnapt, waardoor het een nanodiamantcoating kan vormen.

"Dit zijn superkleine diamanten en de coating is supersterk, zodat het kan worden gebruikt voor sensoren op hoge temperatuur, ' zei Chen.

Onderzoeksresultaten worden gedetailleerd beschreven in een paper die online verscheen in het tijdschrift Nature Wetenschappelijke rapporten . Het artikel is geschreven door voormalige Purdue-doctoraatsstudenten Yuefeng Wang, Yingling Yang, Ji Li en Martin Y. Zhang; postdoctoraal onderzoeksmedewerker Jiayi Shao; promovendi Qiong Nian en Liang Tang; en Chen.

De onderzoekers deden de ontdekking terwijl ze bestudeerden hoe metalen te versterken met behulp van een dunne laag grafiet en een nanoseconde pulserende laser. Een promovendus merkte op dat de laser ervoor zorgde dat het grafiet verdween of semi-transparant werd.

"De zwarte laag grafiet was verdwenen, maar waar is het gebleven?" zei Cheng.

Daaropvolgend onderzoek wees uit dat het grafiet in diamant was veranderd. De Purdue-onderzoekers hebben de procesbegrensde pulslaserafzetting (CPLD) genoemd.

Het onderzoeksteam bevestigde dat de structuren van diamant zijn met behulp van verschillende technieken, waaronder transmissie-elektronenmicroscopie, Röntgendiffractie en het meten van elektrische weerstand.

Op het concept is een Amerikaanse octrooiaanvraag ingediend via het Purdue Office of Technology Commercialization. Er is meer onderzoek nodig om de techniek te commercialiseren, zei Chen.