5-collu pašatbalstoša dimanta vafele! Cietība sasniedz 208,3 GPa

5-collu pašatbalstoša dimanta vafele! Cietība sasniedz 208,3 GPa

Dimantam kā viscietākajam materiālam dabā ir svarīgas pielietošanas iespējas īpaši{0}}precīzajā apstrādē, pusvadītājos un kosmosā. Tradicionālās augstas{2}}temperatūras un augsta spiediena{3}}dimantu sintēzes metodes ir saistītas ar izmēru ierobežojumiem, saistvielu klātbūtni un grūtībām sasniegt dabisko dimantu cietību. Lai gan jaunākie sasniegumi nanostruktūru projektēšanā (piemēram, nanotwinning) ir ievērojami uzlabojuši cietību, paraugu izmēri parasti ir tikai milimetru diapazonā, un sintēzes apstākļi ir ārkārtēji, tāpēc ir grūti panākt liela mēroga ražošanu, izmantojot collu- lieluma, saistvielas{7}}bezvielas un īpaši{8}}cietos dimantus. Lai gan ķīmiskās tvaiku pārklāšanas (CVD) tehnoloģijai ir iespējas ražot liela izmēra dimantus, to cietību jau sen ir bijis grūti pārsniegt 200 GPa. Tāpēc šajā jomā steidzami nepieciešams izstrādāt jaunu metodi lielu-izmēra, īpaši cieto dimantu kontrolētai sagatavošanai.

 

Pētnieku grupa, kuru vadīja Li Čenmings un Liu Dzjlongs no Pekinas Zinātnes un tehnoloģijas universitātes un Lu Jaņs no Honkongas Universitātes, žurnālā Nature Communications publicēja pētniecisko darbu ar nosaukumu "Inch{0}}scale ultrahard dimanta vafele ar 200 GPa cietību, izmantojot augstas-frekvences impulsu lokālu ne{3}}līdzsvara pieaugumu".

 

Izmantojot pašu izstrādātu-mikroviļņu plazmas ķīmisko tvaiku pārklāšanas sistēmu, pētnieku grupa ieviesa augstfrekvences-ciklisku impulsu slāpekļa dopinga stratēģiju, lai panāktu lokālu ne-līdzsvara kontroli dimanta augšanas procesa laikā, veiksmīgi sagatavojot paš-atbalstošu dimanta vafeles ar aptuveni 3 milimetru diametru 5 milimetru diametru. Vafeles Vickers cietība sasniedza 208,3 GPa, kas ir salīdzināma ar iepriekš ziņoto nanodimantu cietību, un tās nodilumizturība bija aptuveni 7 reizes lielāka nekā tradicionālajiem polikristāliskiem dimantiem. Augstas-izšķirtspējas transmisijas elektronu mikroskopija un citi raksturošanas paņēmieni atklāja augsta-blīvuma trīs-dimensiju sakraušanas defektu tīkla veidošanos plāksnītē (blīvums sasniedz 4,3 × 10¹² cm⁻²) un noskaidroja veidošanās procesu, kas samazina mikroskopisko staciju mehānismu. tādējādi uzlabojot cietību. Šis darbs nodrošina jaunu pieeju liela mēroga-collu-izmēra īpaši cieto{19}}dimantu sagatavošanai un to izmantošanai augstākās{20}}apstrādes jomās.

 

Šis pētījums veiksmīgi radīja īpaši{0}}cietu dimanta plāksnīti ar 5 collu diametru un 208,3 GPa cietību. Izmantojot pašprojektētu augstfrekvences -pulsu mikroviļņu plazmas ķīmisko tvaiku pārklāšanas paņēmienu un kā avota gāzi izmantojot ūdeņradi, metānu, slāpekli un nelielu daudzumu skābekļa, 5-collu polikristāliska dimanta substrāts ar aptuveni 2,8 mm biezu substrātu vispirms tika audzēts uz grafīta augšanas substrāta. Pēc tam, izmantojot augstfrekvences impulsu slāpekļa dopinga procesu, slāpekļa gāzes plūsmas laiks tika precīzi kontrolēts katrā ciklā (vismaz 6 sekundes). Izmantojot slāpekļa atomus, lai traucētu plazmas vidi, tika radīti lokāli nelīdzsvara augšanas apstākļi. Tā rezultātā dimantā izveidojās īpaši-augsta-blīvuma trīs-dimensiju sakraušanas defektu tīkls, panākot izcilu veiktspēju ar dubultu cietību un septiņas reizes lielāku nodilumizturību.