Friedrich-Alexander Universität Erlangen Nürnberg (FAU) forskare har kommit ett steg närmare sitt mål att tillhandahålla stora diamantfolier för praktiska tillämpningar. I en testreaktor, de har lyckats producera världens största diamantfolie med en diameter på 28 centimeter. Diamantfolier kan användas som ultimat slitageskydd i industriella tillämpningar och för forskning om termoelektrisk kraftgenerering - en framväxande marknad.

Diamanter anses inte bara vara värdefulla, men också praktiskt taget oförstörbar. De är ett av de hårdaste naturmaterialen i vårt universum. Följaktligen, det är inte förvånande att tillverkning av diamantfolier har blivit ett nyckelområde inom materialvetenskaplig forskning, särskilt eftersom dessa lager har extrem hårdhet och slitstyrka, exceptionell kemisk inertitet och maximal värmeledningsförmåga. Tyvärr, beläggning av substrat direkt med kristallin diamant är endast möjligt på ett begränsat urval av material. Forskargruppen 'Ultra Hard Coatings' vid FAU:s ordförande för materialvetenskap och teknik för metaller har utvecklat en process för att odla diamantbeläggningar på kiselsubstrat som kan användas på material som inte är lämpliga för direktbeläggning. De har nu lyckats ta fram världens största diamantfolie med en diameter på 28 centimeter. 'Genom att skala upp tillverkningsprocessen, vi har visat att vi kan producera diamantfolier i framtiden som en halvfabrikat för industrin även i stora dimensioner, 'förklarar doktor Stefan Rosiwal, chef för forskargruppen Ultra Hard Coatings vid ordföranden för materialvetenskap och metallteknik. 'I dessa diamantskikt, vi kan justera diamantkornstorleken, den elektriska konduktiviteten och värmeledningsförmågan genom att variera tillverkningsparametrarna med många storleksordningar. '

Proceduren

Under flera dagar, diamantfolierna produceras i en testreaktor där ett 40 mikrometer tjockt diamantskikt - ungefär tjockleken på ett människohår - odlas på en kiselskiva med en diameter på 30 centimeter. Diamantfolierna produceras i en lågtrycksatmosfär av väte och två procent metan under trådar som värms upp till 2000 grader Celsius. Efter beläggningsprocessen, en kortpulslaser används för att införa ett cirkulärt frakturställe med en diameter på 28,5 centimeter i diamantytan. Detta gör det möjligt att separera det deponerade skiktet som en mycket slät diamantfolie från kiselsubstratet.

Potentiella applikationer

Denna procedur har öppnat upp en helt ny rad andra möjliga tillämpningar. Praktiskt taget alla substratmaterial kan beläggas med diamantfilm med hjälp av en lämplig sammanfogningsteknik. De extremt hårda och släta diamantfolierna kan, till exempel, skydda komponentytor mot slitage. Forskning har redan visat att diamantfolier kan ge 100% skydd för vattenturbiner som utsätts för erosion från sand. Nu när forskare har visat framgångsprocesser för diamantfolietillverkning i större skala, detta öppnar möjligheter att belägga industriella komponenter direkt på ett mer kostnadseffektivt sätt. Sådana industrikomponenter inkluderar slitstarka lager för mekaniska tätningar i pumpar samt produktion av stabila diamantelektroder för mycket effektiva vattenrenings- och desinfektionssystem. Dessa innovativa diamantelektrodsystem används för att tvätta och desinficera apelsiner efter skörd i södra Europa, ta bort förruttnande bakterier från fruktens yta och spara upp till 80% vatten. I framtiden, tekniken kan användas på containerfartyg eller avloppsreningsverk. Diamantelektroder kan till och med hjälpa till i tvättmaskiner genom att hålla kläderna rena och fräscha vid betydligt lägre temperaturer.