Алмазы высоко ценятся как ювелирные изделия и как вложение капитала. Они также ценятся научным сообществом, но не из-за их блеска или символического значения, а за их физические свойства, которые делают эти драгоценные камни, драгоценными для ученых. Алмазы имеют непревзойденную низкую теплопроводность и широкополосную спектральную прозрачность, которая простирается от ультрафиолетовой до инфракрасной области , что делает их идеальным материалом для множества различных применений. Следовательно, существует большой рынок для синтетических алмазов: они могут прорезать стали как будто это было бумаги, копать свой путь через Землю на кончиках сверлильных головок, используются в качестве скальпелей в операциях и может выступать в качестве биоэлектрохимических датчиков для обнаружения вещества, такие как ДНК.
Исследователи из института Фраунгофера прикладной физики твердого тела МАФ во Фрайбурге получили синтетические алмазы высочайшего качества. Они получили камни разных диаметров и толщин с помощью плазменно-химического осаждения из паровой фазы (CVD), процесс, посредством которого алмаз химически осаждается на подложку из газовой фазы. На подложку предварительно обработанного диоксида кремния (кремнезема) наносят алмаз с помощью микроволновой плазмы в эллипсоидальном реакторе. Алмаз лаборатория Фраунгофера МАФ содержит восемь таких плазменных реакторов для выращивания алмазов в поликристаллических (то есть, состоит из бесчисленных мелких кристаллов) и монокристаллического форму. Ученые могут определить ориентацию роста поликристаллического алмаза, применяя небольшие кристаллы алмазов семян на подложку до возникновения плазменного осаждения. Одно-кристаллические алмазы с непрерывным однородной структуры кристаллической решетки, однако, должны быть выращены на монокристаллического алмазной подложке. "Мы используем химического осаждения паров, потому что это позволяет нам получить большую площадь подложки, в отличие от других производственных процессов, таких как метода высокотемпературного высокого давления. Более того, этот метод позволит нам производить бриллианты достаточно высокого качества для использования в электронике, и значит, мы можем равномерно внести алмазы с диаметром до 10 см на кремниевых подложках. 100-нанометровой толщины поли-или нанокристаллического слоя можно выращивать в течение часа; монокристаллы растут со скоростью до 20 микрометров в час.
Одним из преимуществ монокристаллов их воспроизводимые свойства. Они работали в правильной геометрической формы и используются для применения в оптических и электронных областях. Оптическая область, которая поликристаллических алмазов подходит для благодаря их механической прочности и прозрачности в очень широком спектральном диапазоне. Данный материал используется для изготовления форм - гибких микролинз. Объектив имеет форму полученную с помощью давления воздуха, который сгибает мембрану и дает ему изогнутую форму. Повышение давления позволяет ученым увеличить кривизну и, таким образом, установить фокусное расстояние алмазной мембраны. Поскольку алмаз химически стоек, био-совместим и способен выдерживать экстремальные температуры, ученые используют его для разработки электрохимических сенсоров, которые будут в будущем позволят им контролировать качество воды в течение длительного периода времени. Алмаз также электрическим изолятором, которые могут быть превращены в проводнике, добавив бор и фосфор к нему. Исследователи работают над способами, чтобы использовать свои выдающиеся электронные свойства для использования в высокопроизводительных транзисторах и компонентах на основе квантовых эффектов в будущем.
Эксперты Фраунгофера IAF освоили искусство производства крошечных полых сфер синтетического алмаза. Эти маленькие шарики могли бы играть центральную роль в производстве энергии в будущем с помощью атомного синтеза. Американские ученые строят термоядерный реактор для того, чтобы задействовать источник энергии по образцу солнца. Ядерная реакция срабатывает, когда лазерные лучи повлиять полую водорода заполненные сфера диаметром 2 мм и сжимает его примерно до одной десятитысячной от ее первоначального объема. Этот процесс предохранители атомные ядра, выпуская огромное количество энергии. Тем не менее, для процесса сварки на работу шары должны быть идеально сферическую форму и не имеют структурные недостатки - только тогда огромные силы могут достичь требованиям расчетные фьюжн. "Алмаз имеет идеальные свойства для этого применения", говорит Гейдрих. Но как они делают плоские диски в шарики? В основе решения представляют собой крошечные кремниевые шарики, которые хранятся в постоянном движении в плазменном реакторе, поскольку они покрыты алмаза. Это занимает около 50 часов для желаемой толщины алмаза настроить, и в этот момент ученые полировать сферы и удалить кремний изнутри. Чтобы получить его, они просверлить небольшое отверстие, а затем растворить кремний из шара, используя специальную технику травления на основе ультразвука. Отверстие позже служит в качестве точки входа, через который они вводят термо-ядерный заряд дейтерия и трития в шар.
|
