Les chercheurs de la Friedrich-Alexander Universität Erlangen Nürnberg (FAU) se sont rapprochés de leur objectif de fournir de grandes feuilles de diamant pour des applications pratiques. Dans un réacteur d'essai, ils ont réussi à produire la plus grande feuille de diamant au monde avec un diamètre de 28 centimètres. Les feuilles de diamant peuvent être utilisées comme protection ultime contre l'usure dans les applications industrielles et pour la recherche sur la production d'énergie thermoélectrique - un marché émergent.

Les diamants ne sont pas seulement considérés comme précieux, mais aussi pratiquement indestructible. Ils sont l'un des matériaux naturels les plus durs de notre univers. Par conséquent, il n'est pas surprenant que la production de feuilles de diamant soit devenue un domaine clé de la recherche en science des matériaux, d'autant plus que ces couches présentent une dureté et une résistance à l'usure extrêmes, inertie chimique exceptionnelle et conductivité thermique maximale. Malheureusement, le revêtement de substrats directement avec du diamant cristallin n'est possible que sur une gamme limitée de matériaux. Le groupe de recherche « Ultra Hard Coatings » de la Chaire de science des matériaux et de technologie des métaux de la FAU a développé un processus de croissance de revêtements de diamant sur des substrats de silicium qui peuvent être utilisés sur des matériaux qui ne conviennent pas au revêtement direct. Ils ont maintenant réussi à produire la plus grande feuille de diamant au monde avec un diamètre de 28 centimètres. « En intensifiant le processus de fabrication, nous avons démontré que nous pouvons produire à l'avenir des feuilles de diamant en tant que produit semi-fini pour l'industrie, même dans de grandes dimensions, ' explique le Dr Stefan Rosiwal, responsable du groupe de recherche Ultra Hard Coatings à la Chaire Science des Matériaux et Technologie des Métaux. 'Dans ces couches de diamant, nous pouvons ajuster la taille du grain de diamant, la conductivité électrique et la conductivité thermique en faisant varier les paramètres de fabrication de plusieurs ordres de grandeur.'

La procédure

Sur plusieurs jours, les feuilles de diamant sont produites dans un réacteur d'essai dans lequel une couche de diamant de 40 micromètres d'épaisseur - environ l'épaisseur d'un cheveu humain - est formée sur un disque de silicium d'un diamètre de 30 centimètres. Les feuilles de diamant sont produites dans une atmosphère à basse pression d'hydrogène et de deux pour cent de méthane sous des fils chauffés à 2000 degrés Celsius. Après le processus de revêtement, un laser à impulsions courtes est utilisé pour introduire un site de fracture circulaire d'un diamètre de 28,5 centimètres dans la surface du diamant. Cela permet de séparer la couche déposée sous forme d'une feuille de diamant très lisse du substrat de silicium.

Applications potentielles

Cette procédure a ouvert une toute nouvelle gamme d'autres applications possibles. Pratiquement n'importe quel matériau de substrat peut être revêtu d'un film de diamant au moyen d'une technique d'assemblage appropriée. Les feuilles de diamant extrêmement dures et lisses peuvent, par exemple, protéger les surfaces des composants contre l'usure. Des recherches ont déjà montré que les feuilles de diamant peuvent protéger à 100 % les turbines hydrauliques exposées à l'érosion due au sable. Maintenant que les chercheurs ont démontré avec succès les procédés de fabrication de feuilles de diamant à plus grande échelle, cela ouvre des opportunités pour le revêtement de composants industriels directement d'une manière plus rentable. Ces composants industriels comprennent des couches résistantes à l'usure pour les garnitures mécaniques des pompes ainsi que la production d'électrodes en diamant stables pour des systèmes de purification et de désinfection de l'eau hautement efficaces. Ces systèmes innovants d'électrodes en diamant sont utilisés pour le lavage et la désinfection des oranges après la récolte dans le sud de l'Europe, éliminer les bactéries putréfiantes de la surface du fruit et économiser jusqu'à 80% d'eau. À l'avenir, la technologie pourrait être utilisée sur des porte-conteneurs ou des stations d'épuration. Les électrodes en diamant peuvent même aider dans les machines à laver en gardant les vêtements propres et frais à des températures nettement plus basses.