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碳的新阶段允许研究人员在室温下制造金刚石结构

时间：2021-11-19 16:25:07 来源：

这是使用新技术制造的微碳金刚胺的扫描电子显微镜图像。

北卡罗来纳州立大学的研究人员发现了一种新的固体碳阶段，开发了一种使用该碳在室温下和空气中环境大气压的钻石相关结构的技术。

新的固体碳的阶段，称为Q-碳，与石墨和金刚石的已知相不同。阶段是相同材料的不同形式。石墨是碳的固相之一;钻石是另一个。

“我们现在创造了第三个碳的固体阶段，”John C.凡德尊敬的材料科学与工程举办董事教授Jay Narayan说，NC州科学和工程师的三篇论文的领导作者描述了这项工作。“在自然界中可能被发现的唯一地方可能是一些行星的核心。”

Q-Carbon具有一些不寻常的特征。一方面，它是铁磁性的 - 其他固体形式的碳是不是。

“我们甚至没有想到这一点，”Narayan说。

此外，Q-碳比金刚石更硬，在暴露于甚至低的能量水平时发光。

“Q碳的力量和低的工作功能 - 它释放电子的意愿 - 使其非常有前途开发新的电子显示技术，”Narayan说。

但Q-Carbon也可用于创造各种单晶钻石物体。要了解这一点，您必须了解创建Q-Carbon的过程。

研究人员从基板开始，例如蓝宝石，玻璃或塑料聚合物。然后将基材涂覆有无定形碳 - 元素碳，与石墨或金刚石不同，不具有规则的明确定义的结晶结构。然后用持续约200纳秒的单个激光脉冲击中碳。在该脉冲期间，将碳的温度升至4,000个开尔文（或约3,727摄氏度），然后快速冷却。该操作在一个大气中进行 - 与周围空气相同的压力。

最终结果是Q-Carbon的薄膜，研究人员可以控制工艺，使薄膜厚于20纳米和500纳米厚。

通过使用不同的基板和改变激光脉冲的持续时间，研究人员还可以控制碳冷却的速度。通过改变冷却速率，它们能够在Q碳内产生金刚石结构。

“我们可以用钻石纳尼德或微针，纳米仪或大面积钻孔薄膜，为药物输送，工业过程和创造高温开关和电力电子产品，”Narayan说。“这些金刚石物体具有单晶结构，使其比多晶材料更强。它全部在室温和环境气氛下完成 - 我们基本上使用了一种像用于激光眼科手术的激光器一样。因此，这不仅允许我们开发新的应用程序，但过程本身相对便宜。“

并且，如果研究人员想要将更多的Q-Carbon转换为钻石，则它们可以简单地重复激光脉冲/冷却过程。

如果Q-Carbon比钻石难，为什么有人想要制造钻石纳米液而不是Q碳纳多？因为我们仍然有很多东西来了解这个新材料。

“我们可以制作Q-碳电影，我们正在学习其性质，但我们仍处于理解如何操纵它的早期阶段，”Narayan说。“我们对钻石了解了很多，所以我们可以制作钻石纳米蛋白。我们尚未知道如何制作Q-Carbon纳米蛋白或微针。这是我们正在努力的东西。“

NC国家已经提出了Q-Carbon和Diamond创建技术的两个临时专利。

这项工作描述于两篇论文中，两者都是由NC国家博士共同撰写的。学生Anagh Bhaumik。将于11月30日在应用物理学杂志上在线公布“碳，铁磁性和转换成钻石的新阶段”。“在10月7日在APL材料中发表了”在Air的环境压力和温度下将无定形碳直接转化为金刚石“。该工作部分受到国家科学基金会的支持，根据“拨款号DMR-1304607”。

刊物：

JAGDISH NARAYAN和ANAGH BHAUMIK，碳，铁磁性和转换成钻石的新阶段，应用物理学，2015年，; DOI：10.1063 / 1.4936595Jagdish Narayan等人，在环境压力和空气温度下直接转化为金刚石，APL材料，2015年; DOI：10.1063 / 1.4932622

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