Q-carbon: přichází nový “superdiamant”?
Diamanty jsou věčné – zní titulek jedné epizody z populární série filmů se superagentem 007 Jamesem Bondem. Nedávno se ale na webu vědeckopopulárního magazínu Discover objevil nový titulek oznamující objev, který možná “odsune diamanty na druhou kolej”.
Přináší informaci o nové formě pevného uhlíku, kterou objevili američtí vědci ze Státní univerzity Severní Karolíny. Do světa se vydala pod názvem Q-carbon – mimochodem rovněž hezká reminiscence na Bondova úžasného zbrojíře a autora bezpočtu vynálezů a technických vychytávek, jimiž agent 007 udivoval publikum, tajemného pana Q…
Dávné alchymisty by určitě nadchnul. Novinka s označením Q-uhlík, jak nazvali svůj výtvor vědci Jagdish “Jay” Narayan a Anagh Bhaumik se svým týmem, kteří o něm informovali koncem listopadu loňského roku v Journal od Applied Physics, představuje zcela novou formu pevného uhlíku. Ten se výrazně odlišuje od těch hlavních, které lidstvo znalo dosud – grafitu i diamantu, i nyní mediálně atraktivního grafenu. V přírodě se takováto forma nikde nevyskytuje, podle jeho tvůrců by tomu mohlo být možná v jádru některých planet. Mezi hlavní odlišnosti Q-carbonu od jeho “příbuzných” patří skutečnost, že na rozdíl do nich je feromagnetický, dokáže vést elektřinu a vystaven třeba i jen slabému elektromagnetickému záření světélkuje. Na stupnici tvrdosti by svými parametry dokonce obsadil pozici ještě před samotným diamantem, což je dosud nejtvrdší materiál (vědci odhadují, že je asi o 60 % tvrdší než běžný diamant díky těsnějším vazbám mezi atomy v jeho struktuře). Už tyto vlastnosti by mu zajistily slibné vyhlídky pro aplikaci v celé řadě technologií, ale to zdaleka není všechno.
Výroba při pokojové teplotě
Skutečným trumfem jsou možnosti jeho výroby – zatímco dosavadní metody přípravy diamantové formy uhlíku vyžadovaly extrémní teploty, vysoký tlak či katalytické plyny, Q uhlík ke svému vzniku na rozdíl od klasického diamantu či jeho syntetické formy nepotřebuje extrémní tlak, ale je možné ho vyrábět prakticky při pokojové teplotě, při tlaku pouhé jedné atmosféry! Tím se stává velice perspektivním materiálem pro celou řadu technologií. Mohl by najít využití při výrobě komponent pro elektroniku (umožnit např. vývoj nové generace elektronických displejů) i v průmyslové výrobě obecně, kde může znamenat revoluci ve výrobě syntetických diamantů (používaných v současnosti jako součásti vrtáků, pro lasery a chladiče), v medicíně apod.
Princip kalení
Základem pro výrobu Q-uhlíku je substrát (což může být safír, sklo, ale např. i vhodný plast), který se povlakuje amorfním uhlíkem (ten nemá, na rozdíl od grafitu nebo diamantu, pravidelnou strukturu), na který se následně aplikuje laserový puls (s použitím běžného laseru), v délce např. 200 nanosekund, během něhož se teplota uhlíku vystaveného jeho působení zvýší na téměř 4000 °C. Nápor energie roztaví uhlík, který se po vypnutí laseru zase rychle ochladí a vytvoří krystalickou strukturu – v podstatě jde o princip kalení, obdobný jako při zpracování kovů (angl. quenching, což dalo Q-uhlíku i jeho jméno). Tím vznikne tenký film Q-uhlíku (jehož tloušťku lze podle výzkumníků regulovat v rozmezí od 20 až do 500 nm), či velké množství miniaturních diamantových krystalků. Proces je rovněž velmi rychlý – výroba karátových diamantů zabrala vědcům zhruba 15 minut. Volbou určitého typu substrátu a délky laserového pulsu lze rovněž ovlivnit dobu, po kterou bude uhlík chladnout, a tím např. určovat podobu budoucích krystalů. Vědcům se tak už podařilo získat např. diamantové nanojehličky nebo mikrojehly, nanotečky, či tenké diamantové povlaky a v některých režimech chladnutí i vytvořit struktury tvořené jediným krystalem a tím i odolnější, než polykrystalické materiály.
432
