Des physiciens de l'Université d'Alabama à Birmingham ont fait le premier pas dans un effort de cinq ans pour créer de nouveaux composés qui surpassent les diamants en résistance à la chaleur et les rivalisent presque en dureté.

Ils sont soutenus par une période de cinq ans, Prix ​​de 20 millions de dollars de la National Science Foundation pour créer de nouveaux matériaux et améliorer les technologies à l'aide du quatrième état de la matière, le plasma.

Plasma, contrairement aux trois autres états de la matière, solide, liquide et gazeux - n'existe pas naturellement sur Terre. Cette substance gazeuse ionisée peut être fabriquée en chauffant des gaz neutres. Dans le laboratoire, Yogesh Vohra, professeur et universitaire au département de physique de l'UAB, utilise le plasma pour créer un film de diamants mince. De tels films ont de nombreuses utilisations potentielles, tels que des revêtements pour pérenniser les joints artificiels ou pour maintenir le tranchant des outils de coupe, développer des capteurs pour des environnements extrêmes ou créer de nouveaux matériaux ultra-durs.

Pour faire un film de diamant, Vohra et ses collègues envoient un mélange de gaz dans une chambre à vide, les chauffer avec des micro-ondes pour créer du plasma. La basse pression dans la chambre équivaut à celle de l'atmosphère à 14 milles au-dessus de la surface de la Terre. Au bout de quatre heures, la vapeur a déposé un mince film de diamant sur sa cible.

Dans un article de la revue Matériaux , Vohra et ses collègues de l'UAB College of Arts and Sciences ont étudié comment l'ajout de bore, en faisant un film de diamant, modification des propriétés du matériau diamanté.

On savait déjà que, si les gaz sont un mélange de méthane et d'hydrogène, les chercheurs obtiennent un film de diamant microcristallin composé de nombreux minuscules cristaux de diamant d'une taille moyenne d'environ 800 nanomètres. Si de l'azote est ajouté à ce mélange gazeux, les chercheurs obtiennent du diamant nanostructuré, composé de cristaux de diamant extrêmement minuscules d'une taille moyenne de seulement 60 nanomètres.

Dans la présente étude, l'équipe Vohra a ajouté du bore, sous forme de diborane, ou B2H6, au gaz d'alimentation hydrogène/méthane/azote et a trouvé des résultats surprenants. La taille des grains dans le film de diamant a brusquement augmenté à partir de 60 nanomètres, taille nanostructurée vue avec le gaz d'alimentation hydrogène/méthane/azote à 800 nanomètres, taille microcristalline. Par ailleurs, ce changement s'est produit avec des quantités infimes de diborane, seulement 170 parties par million dans le plasma.

En utilisant la spectroscopie d'émission optique et en faisant varier les quantités de diborane dans le gaz d'alimentation, Le groupe de Vohra a découvert que le diborane diminue les quantités de radicaux carbone-azote dans le plasma. Ainsi, Vohra a dit, "notre étude a clairement identifié le rôle des espèces carbone-azote dans la synthèse du diamant nanostructuré et la suppression des espèces carbone-azote par addition de bore au plasma."

Étant donné que l'ajout de bore peut également changer le film de diamant d'un non-conducteur en un semi-conducteur, les résultats de l'UAB offrent un nouveau contrôle de la taille des grains du film de diamant et des propriétés électriques pour diverses applications.

Au cours des prochaines années, Vohra et ses collègues étudieront l'utilisation du procédé de dépôt chimique en phase vapeur par plasma micro-ondes pour fabriquer des films minces de carbures de bore, les nitrures de bore et les composés carbone-bore-azote, à la recherche de composés qui résistent mieux à la chaleur que les diamants et qui ont également une dureté semblable à celle du diamant. En présence d'oxygène, les diamants commencent à brûler à environ 1, 100 degrés Fahrenheit.