Även vid ett plasmabombardement som är 10, 000 gånger mer intensiv än standardproduktionsmetoden, kolnanostrukturer som dessa kan utvecklas. Kredit:K.Bystrov / DIFFER.
(Phys.org) —Nanostrukturer, som grafen och kolnanorör, kan utvecklas under mycket extremare plasmaförhållanden än man tidigare trott. Plasma (varma, laddade gaser) används redan i stor utsträckning för att producera intressanta nanostrukturer. I den vetenskapliga tidskriften Kol , FOM-forskaren Kirill Bystrov visar att kolnanostrukturer också kan utvecklas under långt extremare förhållanden än de som normalt används för detta ändamål.
DIFFERs Pilot-PSI-enhet har byggts för att exponera väggmaterial för plasma som kommer att rasa i framtida fusionsreaktorer. Sådana plasma är 10, 000 gånger mer intensiv än de som normalt används för konstruktion av nanomaterial. Använder Pilot-PSI, Bystrovs internationella team visade att denna extrema miljö ger oväntade möjligheter att producera nanostrukturer.
Ute i jämvikt
Plasma erbjuder stora fördelar för kontrollerad produktion av avancerade material. I plasman kan joner och elektroner föras långt utanför deras termiska jämvikter. Under dessa omständigheter, avsättningsprocesserna kan fortskrida mycket annorlunda än de vid termisk jämvikt. I den allmänt använda tekniken med plasmaförstärkt kemisk ångdeposition (PECVD) bestämmer plasmadensiteten och mängden tillfört material (kol) vilka nanostrukturer som utvecklas. Den ytterligare plasman kommer från dess termiska jämvikt, desto mer exotiska är strukturerna som utvecklas.
Variation
Även vid ett plasmabombardement som är 10, 000 gånger mer intensiv än standardproduktionsmetoden, kolnanostrukturer som dessa kan utvecklas. Kredit:K.Bystrov / DIFFER.
Efter att de hade exponerat olika material som volfram, molybden och grafit till en plasma med koltillförsel, Bystrovs team upptäckte ett lager fullt av exotiska kolnanostrukturer:flerväggiga eller extra långa nanorör, blomkålsstrukturer och lager av grafen. Varierande parametrar som plasmadensiteten, temperatur och sammansättning gav olika strukturer varje gång. Bystrov:"Det var högst förvånande att ett enormt partikelbombardement som det som sker på kanten av en fusionsreaktor kan ge så ömtåliga strukturer". Inverkan av materialet på vilket de avsatta strukturerna bildades visade sig vara förvånansvärt litet:på alla tre testade ytorna utvecklades samma typer av strukturer.
Mångsidiga maskiner
I Pilot-PSI-enheten kan forskare utsätta material för extrema förhållanden, sådana som kommer att råda vid muren av framtida fusionsreaktorer. Kredit:DIFFER.
Med forskningen, Bystrov och hans kollegor har ännu inte en konkurrent till PECVD-tekniken. "Vårt intresse är att visa att man kan tillåta intressanta processer att inträffa i miljöer 10, 000 gånger mer intensiv än du förväntar dig, " skriver Bystrov i sin publikation. Forskningsledare dr. Greg De Temmerman från Plasma Surface Interactions-teamet på DIFFER:"Vi satte upp dessa experiment för att undersöka vad som händer med väggmaterialen i framtida fusionsreaktorer. Denna forskning visar att förhållandena i Pilot-PSI och dess storebror Magnum-PSI är intressanta även långt utanför fusionsgemenskapen. Det här är mycket mångsidiga maskiner."
