Nová forma uhlíku a snadný způsob, jak z něj vyrábět mikrodiamanty

11. prosinec 2015

Vědci ze Státní univerzity Severní Karoliny vyvinuli novou formu pevného uhlíku, zvanou Q-uhlík. Zároveň popsali, jak je z něj snadno možné vyrábět diamantové mikrostruktury, navíc za pokojové teploty a běžného atmosférického tlaku.

Q-uhlík je fáze, která má odlišnou strukturu než tuha (grafit) nebo diamant, čili jde o zcela novou formu uhlíku. Tým vědců, který o těchto postupech publikoval nejméně 2 odborné články, byl veden hlavním profesorem katedry materiálové vědy a inženýrství Jayem Narayanem. Podle něj se Q-uhlík v přírodě prakticky nevyskytuje, s možnou výjimkou jader některých planet. Má také řadu zvláštních vlastností. Je tvrdší než diamant, chová se jako ferromagnetikum (přítomnost vnějšího magnetického pole vytváří v materiálu dodatečné magnetické pole) a při dodávce malého množství energie světélkuje, což je následek vylétávání elektronů. Tyto vlastnosti předurčují Q-uhlík pro využití např. v oblasti speciálních elektronických displejů, drsných povlaků pro vrtací nástroje či biomedicínských senzorů. Z Q-uhlíku však je také poměrně jednoduché vyrábět diamantům podobné mikroskopické monokrystaly.

Při výrobě Q-uhlíku vědci vyšli buď ze safíru, skla nebo organického polymeru a použili tyto materiály jako substrát pro další operace. Substrát pak pokryli amorfním uhlíkem, tj. uhlíkem, který nemá pravidelnou krystalickou strukturu. Jeho vrstvu následně “zpražili” krátkým laserovým pulzem o trvání 200 nanosekund. Během pulsu stoupla teplota uhlíku na 4000 kelvinů a opět se rychle snížila. Tímto způsobem vznikla tenká vrstvička Q-uhlíku, která byla podle potřeby tenká 20 až 500 nanometrů. Pomocí regulace rychlosti zchlazení (vlivem změny substrátu či doby trvání laserového pulsu) byli vědci schopni uvnitř uhlíku také vytvářet různé diamantové mikrostruktury - nanojehly či mikrojehly a také nanotečky nebo souvislé diamantové tenké vrstvy.

Tyto pokročilé struktury bude možné využívat v řadě oblastí průmyslu, elektroniky či medicíny. Dotyčné materiály jsou ve skutečnosti monokrystaly, takže jsou pevnější než podobné diamantové polykrystalické látky. Toto vše probíhá za normální pokojové teploty a za běžného atmosférického tlaku. Jediným zvláštním prvkem tohoto procesu jsou přitom intenzivní laserové pulsy. Použitý laser je navíc podobný laserům, používaným při chirurgii oka, takže nejde o výjimečně drahou metodu. Pokud chtějí výzkumníci vytvořit z Q-uhlíku více diamantových struktur, stačí vícekrát zopakovat laserové pulsy s následným ochlazením.

Q-uhlík je sice sám o sobě tvrdší než diamant, avšak jeho využití zatím brání fakt, že jeho vlastnosti jsou méně známé než vlastnosti diamantu. Q-uhlík proto zatím nelze patřičným způsobem zpracovávat do formy mikrojehel, nanoteček apod.

Zdroje: Phys.Org, ScienceNews, LiveScience, Futurism, Vision Times, IFL Science, Popular Science, Science Recorder, Journal of Applied Physics, North Carolina State University

autor: Pavel Vachtl
Spustit audio