Yogesh Vohra, Ph.D., uporablja mikrovalovno plazemsko kemično nanašanje hlapov za ustvarjanje tankih kristalnih filmov iz materialov, ki jih nismo videli še nikoli doslej.
Vse napore vlaga v iskanje materialov, ki bi se po trdoti približali diamantu in so sposobni preživeti ekstremne pritiske, temperature in jedko okolje. Iskanje novih materialov je motivirano z željo po preseganju omejitev diamanta, ki se nagiba k oksidaciji pri temperaturah, ki so višje od 600 stopinj Celzija in tudi kemično reagira z železnimi kovinami.
Vohra, profesor in univerzitetni znanstvenik z univerze v Alabami na oddelku za fiziko v Birminghamu, zdaj v reviji Scientific Reports poroča o sintezi novega materiala, ki je bogat z borom, boro-karbidom. Film tega materiala, ki je zrasel na 1-palčni rezini silicija, je kemično stabilen, ima 37 odstotkov trdote diamanta in deluje kot izolator.
Enako pomembni so tudi izsledki eksperimentalnega preskušanja novega materiala, vključno z rentgensko difrakcijo, merjenjem trdote materiala in Youngovega modula, ki se zelo ujemajo s predvidenimi vrednostmi, ki jih je izračunala skupina raziskovalcev UAB pod vodstvom doc. Cheng-Chien Chen, asistent profesor fizike na UAB. Predvidene vrednosti izhajajo iz principov prvih analiz, ki za izračun uporabljajo veliko število funkcionalnih teoretičnih kalkulacij, pozitivno nabitih jeder in negativno nabitih elektronov, ki jih izvaja superračunalnik. Tako so Vohra, Chen in sodelavci naredili novo spojino boro-ogljika in pokazali moč napovedi z analizo prvih načel, za napoved lastnosti teh materialov.
Novi material ima kemijsko formulo B50C2, kar pomeni 50 atomov bora in dva atoma ogljika v vsaki podenoti kristalne strukture. Ključno za lastnost materiala je, kje sta ta dva atoma ogljika nameščena v vsaki kristalni podenoti; vstavljanje ogljika na drugih mestih vodi do materialov, ki so nestabilni in kovinski. Natančno umestitev ogljika v kristalno mrežo dosežemo z različnimi pogoji rasti.
Trenutni material B50C2 je bil vzgojen v sistemu kemičnega mikrovalovnega plazemskega nalaganja hlapov, kjer sta bila kot nosilni plin uporabljen vodik (90 odstotkov vodikovega plina) in 10 odstotkov dibora B2H6, ki nastopa kot reaktivni plin na milijon ogljikovih atomov. Rast vzorcev je bila izvedena pri nizkem tlaku, ki ustreza atmosferskemu tlaku 15 milj nad zemeljsko površino. Temperatura podlage je bila približno 750 stopinj Celzija.
“Sinteza z borom bogatih boro-karbidnih materialov s kemičnimi metodami nanašanja hlapov je še vedno precej neraziskana in tu gre zahtevna prizadevanja,” je dejal Vohra. “Velik izziv je najti pravi niz pogojev, ki so ugodni za rast želene faze.”
“Naše sedanje študije zagotavljajo potrditev teorije funkcionalne gostote pri napovedovanju stabilne kristalne strukture in zagotavljanju metastabilne poti sinteze za z borom bogat boro-karbidni material, ki bi se lahko uporabljal v ekstremnih tlačnih pogojih, temperaturah in jedkih okoljih.”
Soavtorji z Vohro in Chen za prispevek “Predvidevanje osnovnih načel in sinteza B50C2 s kemičnim nanašanjem hlapov” so Paul A. Baker, Wei-Chih Chen in Shane A. Catledge iz oddelka za fiziko na UAB.
Avtor: Jeff Hansen, iz birminghamske University of Alabama
https://www.uab.edu/home/
