p O diamante pode ser apenas uma fase pela qual o carbono passa quando exposto a um flash de calor, mas isso o torna muito mais fácil de obter. p O laboratório do químico James Tour da Rice University agora é capaz de "evoluir" o carbono por meio de fases que incluem o valioso nanodiamante, controlando rigidamente o processo de aquecimento Joule flash desenvolvido há 18 meses.

p Melhor de todos, eles podem interromper o processo à vontade para obter o produto que desejam.

p No jornal American Chemical Society ACS Nano, Os pesquisadores, liderado por Tour e aluno de pós-graduação e autor principal Weiyin Chen, mostram que a adição de compostos orgânicos de flúor e precursores de flúor ao negro de fumo elementar o transforma em vários alótropos difíceis de obter quando disparados, incluindo nanodiamantes fluorados, grafeno turboestrático fluorado e carbono concêntrico fluorado.

p Com o processo flash introduzido em 2020, um forte choque elétrico pode transformar o carbono de praticamente qualquer fonte em camadas de grafeno turboestrático puro em menos de um segundo. ("Turbostrático" significa que as camadas não estão fortemente ligadas umas às outras, tornando-os mais fáceis de separar em uma solução.)

p O novo trabalho mostra que é possível modificar, ou funcionalizar, os produtos ao mesmo tempo. A duração do flash, entre 10 e 500 milissegundos, determina o alótropo final do carbono.

p A dificuldade está em como preservar os átomos de flúor, uma vez que a temperatura ultra-alta causa a volatilização de todos os átomos, exceto o carbono. Para superar o problema, a equipe usou um tubo de teflon selado com espaçadores de grafite e hastes de tungstênio de alto ponto de fusão, que pode conter o reagente dentro e evitar a perda de átomos de flúor sob a temperatura ultra-alta. O tubo selado aprimorado é importante, Tour disse.

p "Na industria, tem havido um uso de longa data para pequenos diamantes em ferramentas de corte e como isoladores elétricos, "ele disse." A versão fluorada aqui fornece um caminho para modificações dessas estruturas. E há uma grande demanda por grafeno, enquanto a família fluorada é recentemente produzida aqui em forma a granel. "

p Nanodiamonds são cristais microscópicos - ou regiões de cristais - que exibem a mesma estrutura de átomo de carbono que os diamantes em macro escala. Quando descoberto pela primeira vez na década de 1960, eles foram feitos sob calor e alta pressão de detonações.

p Nos últimos anos, pesquisadores descobriram processos químicos para criar as mesmas redes. Um relatório do teórico do arroz Boris Yakobson no ano passado mostrou como o flúor pode ajudar a fazer o nanodiamante sem alta pressão, e o próprio laboratório de Tour demonstrou o uso de lasers pulsados ​​para transformar o teflon em nanodiamante fluorado.

p Nanodiamonds são altamente desejáveis ​​para aplicações eletrônicas, como eles podem ser dopados para servir como semicondutores de largo bandgap, componentes importantes nas pesquisas atuais de Rice e do Laboratório de Pesquisa do Exército.

p O novo processo simplifica a parte de dopagem, não apenas para nanodiamantes, mas também para os outros alótropos. Tour disse que o laboratório Rice está explorando o uso de boro, fósforo e nitrogênio como aditivos também.

p Em tempos de flash mais longos, os pesquisadores incorporaram nanodiamantes em camadas concêntricas de carbono fluorado. A exposição ainda mais longa converteu o diamante inteiramente em conchas, de fora para dentro.

p "As estruturas concêntricas têm sido usadas como aditivos de lubrificante, e este método flash pode fornecer um caminho barato e rápido para essas formações, "Tour disse.

p Os co-autores do artigo são os alunos de pós-graduação da Rice, John Tianci Li, Zhe Wang, Wala Algozeeb, Emily McHugh, Kevin Wyss, Paul Advincula, Jacob Beckham e Bo Jiang, o cientista pesquisador Carter Kittrell e os ex-alunos Duy Xuan Luong e Michael Stanford. Tour é o T.T. e W.F. Chao Chair in Chemistry, bem como professor de ciência da computação e de ciência dos materiais e nanoengenharia na Rice.