Nanopiły wykonane z atomów węgla

pila

Ultracienkie piły wykonane z nanorurek węglowych i diamentu pozwolą w przyszłości na wycinanie krzemowych płytek z minimalną stratą materiału.

Kiedy przecinamy drewnianą kłodę – powstają trociny. Podczas cięcia cienkich materiałów fotowoltaicznych i układów półprzewodnikowych również powstają odpady, które są nieporównywalnie droższe.

Naukowcy z Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM we Freiburgu wraz z kolegami z Australian Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation CSIRO opracowali technologię produkcji ostrego nanodrutu, który pozwala na radykalną redukcję strat podczas cięcia materiału.

Do konstrukcji “piły” badacze użyli bardzo cienkich i stabilnych nanorurek węglowych pokrytych diamentem. Zastosowania tego twardego materiału kompozytowego są zaskakujące – dotychczas naukowcy przewidywali, że nanorurki węglowe pokryte diamentem będą składnikiem bardzo wrażliwych czujników oraz generatorów termoelektrycznych.

Nowy materiał jest bardzo trudny do zsyntetyzowania. Jedna z metod pozyskiwania diamentów wymusza zastosowanie ekstremalnych warunków – diamentowe kryształy powstają w temperaturze około 900 stopni Celsjusza, w atmosferze zawierającej węglowodory. Wzrost diamentów na nanorurkach jest dodatkowo utrudniony przez tendencję do tworzenia grafitu z węgla.

W celu wytworzenia diamentowej fazy, należy użyć reaktywnych atomów wodoru, które zapobiegają osadzaniu się grafitu. Proces ten powoduje również niszczenie nanorurek węglowych.

Manuel Mee, naukowiec z IWM znalazł rozwiązanie dla ochrony drobnych nanorurek węglowych, które podczas wzrostu na płaskim podłożu wyglądają jak las.

W pierwszych doświadczeniach, stopiona krzemionka z komory reakcyjnej przypadkowa weszła w kontakt z plazmą. Materiał osiadł na podłożu i ochronił go przed agresywnymi atomami wodoru. Ku mojemu zdziwieniu, diamentowa faza faktycznie wzrosła na tej warstwie” – powiedział Mee. “Musimy zbadać warstwę tlenku krzemu, która została osadzona w nieokreślony sposób i znaleźć sposób kontroli osadzania i optymalizacji procesu” – dodał.

Testy z wykorzystaniem transmisyjnego mikroskopu elektronowego w laboratorium CSIRO wykazały, że nanorurki pokryte warstwą ochronną pozostały nieuszkodzone.

Naukowcy z autralijskiego laboratorium CSIRO są światowej klasy specjalistami w produkcji nanorurek węglowych. Proces wytworzenia cienkich pił wymaga wytworzenia “lasów” z nanorurek węglowych. Wyodrębnione nanorurki są nastepnie skręcane w cienką przędzę o szerokości 10 do 20 mikrometrów.

Nowe piły są o wiele lepsze niż tradycyjne stalowe ostrza. Ze względu na wytrzymałość na rozciąganie, można wytwarzać dużo cieńsze piły, co oznacza mniejsze straty materiałów przeznaczonych do cięcia” – powiedział Manuel Mee.

Naukowcy z Fraunhofer i CSIRO złożyli już wspólny wniosek patentowy. Badacze przeprowadzają obecnie pierwsze próby cięcia wafli krzemowych.

Źródło:
[1] http://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2013/august/saws-made-of-carbon.html | 06.08.2013
[2] http://www.fraunhofer.de/content/dam/zv/en/press-media/2013/august/rn08_2013_AUGUST.pdf | 06.08.2013
[3] Saw blade by Marcel Oosterwijk, flickr.com, CC BY-SA 2.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *