Исследователи из Университета Райса разработали способ превращать углерод из различных источников прямо в полезные формы, такие как графен или алмаз. В этой технике используется «вспышка» электричества, чтобы нагреть углерод, превращая его в окончательную форму, которая определяется длиной вспышки.
Этот метод известен как мгновенный джоулевый нагрев (flash joule heating, FJH), и команда впервые описала его в январе 2020 года. Электрический ток пропускается через углеродсодержащие материалы, нагревая их примерно до 2727°C, что превращает углерод в чистые и первозданные турбостратные графеновые хлопья.
Теперь исследователи усовершенствовали процесс для создания других материалов. Первоначальные вспышки длились 10 миллисекунд, но команда обнаружила, что, изменяя продолжительность от 10 до 500 миллисекунд, они также могут направить углерод в другие формы. Это включает в себя наноалмаз и «концентрический углерод», в котором атомы углерода образуют оболочку вокруг ядра наноалмаза.
Изображение концентрического углерода, полученное с помощью электронного микроскопа, где атомы углерода образуют оболочку вокруг наноалмазного ядра. Фото: Tour Group
Чтобы помочь продвижению процесс, органические соединения фтора и прекурсоры теперь добавляются в смесь в начале. Предыдущие исследования показали, что фтор помогает атомам углерода более прочно слипаться, что позволяет производить наноалмазы в более щадящих условиях - обычно для этого требуется очень высокое давление.
Команда говорит, что новый процесс FJH может помочь производить эти новые формы в больших количествах, что традиционно сложно сделать. Это включает фторированные наноалмазы, которые более полезны в электронных компонентах, таких как полупроводники, но обычно это требует отдельного процесса легирования.
Иллюстрация различных форм углерода, которые может производить новый процесс мгновенного джоулева нагрева. Фото: Weiyin Chen
«В промышленности мелкие алмазы давно используются в режущих инструментах и в качестве электрических изоляторов», - говорит Джеймс Тур, ведущий исследователь исследования. «Фторированная версия здесь дает возможность модифицировать эти структуры. И есть большой спрос на графен, в то время как фторированное семейство здесь производится в больших количествах в оптовом виде. Структуры с концентрическими оболочками используются в качестве присадок к смазочным материалам, и этот метод FJH мог бы обеспечить недорогой и быстрый путь к этим образованиям».
Команда говорит, что следующими шагами будут эксперименты с использованием других добавок, таких как бор, фосфор и азот.
Исследование было опубликовано в журнале ACS Nano.
Источник: New Atlas / Rice University