p A líder do projeto CNST, Rachel Cannara, e colaboradores da Academia Naval dos Estados Unidos (USNA) e da Universidade da Pensilvânia mostraram que a rugosidade da superfície em escala atômica tem uma forte influência na adesão do diamante, carbono amorfo, e nanocompósitos de diamante modelo. p Usando medições de microscópio de força atômica (AFM) realizadas na Universidade de Wisconsin-Madison, simulações de dinâmica molecular (MD), e teoria funcional de densidade ab initio (DFT), eles investigaram a física adesiva e a mecânica de interfaces em nanoescala entre superfícies de diamante.
p Para superfícies atomicamente lisas, seria esperado que a maior densidade de átomos no plano (111) levasse a um momento de dipolo eletrostático mais alto por unidade de área e um trabalho de adesão maior do que a orientação (001). Contudo, as medições AFM, apoiado por simulações detalhadas de nanocompósitos de diamante modelo, desafiar esta suposição de uma forma que só pode ser explicada por variações na rugosidade da superfície em nível atômico, que para cristais únicos pode surgir de mecanismos de crescimento dependentes da orientação.
p Ao contrário de estudos anteriores ab initio que compararam as energias de superfície para superfícies de diamante (111) (1 × 1) -H e superfícies de diamante não reconstruído (001) (1 × 1) -H, as simulações de MD realizadas no USNA simulam a superfície C (001) -H reconstruída (2 × 1) -H. As simulações prevêem que a superfície C (001) (2x1) -H é energeticamente favorável à superfície não reconstruída. Corroborando essas simulações, imagens de força lateral AFM de alta precisão da superfície (001) revelaram domínios de linha de dímero (2 × 1).
p Além de usar a estrutura de superfície apropriada (001), as simulações de MD levam em conta as interações de van der Waals de longo alcance, bem como energias de superfície, ao calcular o trabalho de adesão para cada interface. Além disso, os cálculos ab initio DFT revelam a presença de dipolos de ligação em superfícies de diamante de cristal único.
p Usando AFM, a mecânica de contato da interface foi extraída da dependência da carga da área de contato durante os experimentos de fricção de deslizamento. Trabalhos de adesão foram então calculados a partir do modelo de mecânica de contato apropriado e das forças de tração medidas durante os experimentos de deslizamento e medições de força-deslocamento quase estática. Esses resultados têm amplas implicações para o projeto de dispositivos MEMS / NEMS que incorporam diamante ou materiais semelhantes ao diamante.
