Os físicos da Universidade do Alabama em Birmingham deram o primeiro passo em um esforço de cinco anos para criar novos compostos que superam os diamantes em resistência ao calor e quase rivalizam com eles em dureza.

Eles são mantidos por um período de cinco anos, Prêmio da National Science Foundation de US $ 20 milhões para criar novos materiais e aprimorar tecnologias usando o quarto estado da matéria - plasma.

Plasma - ao contrário dos outros três estados da matéria, sólido, líquido e gás - não existe naturalmente na Terra. Esta substância gasosa ionizada pode ser produzida pelo aquecimento de gases neutros. No laboratório, Yogesh Vohra, professor e bolsista do Departamento de Física da UAB, usa plasma para criar um filme fino de diamantes. Esses filmes têm muitos usos potenciais, tais como revestimentos para tornar as juntas artificiais de longa duração ou para manter a nitidez das ferramentas de corte, desenvolver sensores para ambientes extremos ou criar novos materiais superduros.

Para fazer um filme de diamante, Vohra e seus colegas transmitem uma mistura de gases em uma câmara de vácuo, aquecê-los com microondas para criar plasma. A baixa pressão na câmara é equivalente à atmosfera 14 milhas acima da superfície da Terra. Depois de quatro horas, o vapor depositou uma fina película de diamante em seu alvo.

Em um artigo no jornal Materiais , Vohra e colegas da Faculdade de Artes e Ciências da UAB investigaram como a adição de boro, ao fazer um filme de diamante, propriedades alteradas do material de diamante.

Já se sabia que, se os gases forem uma mistura de metano e hidrogênio, os pesquisadores obtêm um filme de diamante microcristalino feito de muitos minúsculos cristais de diamante com um tamanho médio de cerca de 800 nanômetros. Se o nitrogênio for adicionado a essa mistura de gás, os pesquisadores obtêm diamante nanoestruturado, feito de cristais de diamante extremamente minúsculos, com tamanho médio de apenas 60 nanômetros.

No presente estudo, a equipe da Vohra adicionou boro, na forma de diborano, ou B2H6, ao gás de alimentação de hidrogênio / metano / nitrogênio e encontrou resultados surpreendentes. O tamanho do grão no filme de diamante aumentou abruptamente a partir dos 60 nanômetros, tamanho nanoestruturado visto com o gás de alimentação de hidrogênio / metano / nitrogênio em 800 nanômetros, tamanho microcristalino. Além disso, esta mudança ocorreu com quantidades mínimas de diborano, apenas 170 partes por milhão no plasma.

Usando espectroscopia de emissão óptica e variando as quantidades de diborano no gás de alimentação, O grupo de Vohra descobriu que o diborano diminui a quantidade de radicais carbono-nitrogênio no plasma. Assim, Vohra disse, "nosso estudo identificou claramente o papel das espécies de carbono-nitrogênio na síntese de diamante nanoestruturado e na supressão de espécies de carbono-nitrogênio pela adição de boro ao plasma."

Uma vez que a adição de boro também pode transformar o filme de diamante de um não condutor em um semicondutor, os resultados do UAB oferecem um novo controle do tamanho do grão do filme de diamante e das propriedades elétricas para várias aplicações.

Nos próximos anos, Vohra e seus colegas vão investigar o uso do processo de deposição química de vapor de plasma de micro-ondas para fazer filmes finos de carbonetos de boro, nitretos de boro e compostos de carbono-boro-nitrogênio, procurando compostos que sobrevivam ao calor melhor do que os diamantes e também tenham uma dureza semelhante à do diamante. Na presença de oxigênio, diamantes começam a queimar por volta de 1, 100 graus Fahrenheit.