Le diamant n’est peut-être qu’une section que le carbone traverse lorsqu’il est exposé à un éclair de chaleur, mais cela le rend beaucoup furthermore facile à obtenir.
Le laboratoire du chimiste James Tour de l’Université Rice est désormais able de “faire évoluer” le carbone à travers des phases qui incluent un précieux nanodiamant en contrôlant étroitement le processus de chauffage flash Joule qu’ils ont développé il y a 18 mois.
Mieux encore, ils peuvent arrêter le processus à volonté pour obtenir le produit qu’ils souhaitent.
Dans la revue ACS Nano de l’American Chemical Modern society, les chercheurs dirigés par Tour et l’étudiant diplômé et auteur principal Weiyin Chen montrent que l’ajout de composés organiques fluorés et de précurseurs de fluorure au noir de carbone élémentaire le transforme en plusieurs allotropes difficiles à obtenir lorsqu’il est flashé, y compris fluoré. nanodiamants, graphène turbostratique fluoré et carbone concentrique fluoré.
Avec le processus flash introduit en 2020, une forte secousse électrique peut transformer le carbone de n’importe quelle supply en couches de graphène turbostratique vierge en moins d’une seconde. (“Turbostratique” signifie que les couches ne sont pas fortement liées les unes aux autres, ce qui les rend additionally faciles à séparer dans une resolution.)
Le nouvel ouvrage montre qu’il est possible de modifier, ou de fonctionnaliser, les produits en même temps. La durée du flash, comprise entre 10 et 500 millisecondes, détermine l’allotrope de carbone last.
La difficulté réside dans la façon de préserver les atomes de fluor, puisque la température ultra-élevée provoque la volatilisation de tous les atomes autres que le carbone. Pour surmonter le problème, l’équipe a utilisé un tube en téflon scellé avec des entretoises en graphite et des tiges de tungstène à point de fusion élevé, qui peuvent contenir le réactif à l’intérieur et éviter la perte d’atomes de fluor sous la température ultra-élevée. Le tube scellé amélioré est essential, a déclaré Tour.
« Dans l’industrie, les petits diamants sont utilisés depuis longtemps dans les outils de coupe et comme isolants électriques », a-t-il déclaré. “La version fluorée ici offre une voie aux modifications de ces buildings. Et il existe une forte demande de graphène, tandis que la famille fluorée est nouvellement produite ici en vrac.”
Les nanodiamants sont des cristaux microscopiques – ou des régions de cristaux – qui présentent le même réseau d’atomes de carbone que les diamants à grande échelle. Lorsqu’ils ont été découverts pour la première fois dans les années 1960, ils ont été fabriqués sous la chaleur et la haute pression des détonations.
Ces dernières années, des chercheurs ont découvert des processus chimiques pour créer les mêmes réseaux. Un rapport du théoricien de Rice Boris Yakobson l’année dernière a montré remark le fluor peut aider à fabriquer du nanodiamant sans haute pression, et le propre laboratoire de Tour a démontré l’utilisation de lasers pulsés pour transformer le téflon en nanodiamant fluoré.
Les nanodiamants sont hautement souhaitables pour les applications électroniques, car or truck ils peuvent être dopés pour servir de semi-conducteurs à large bande interdite, des composants importants dans les recherches actuelles de Rice et du Military Research Laboratory.
Le nouveau procédé simplifie la partie dopage, non seulement pour les nanodiamants mais aussi pour les autres allotropes. Tour a déclaré que le laboratoire Rice explorait également l’utilisation du bore, du phosphore et de l’azote comme additifs.
À des temps d’éclair furthermore longs, les chercheurs ont intégré des nanodiamants dans des coquilles concentriques de carbone fluoré. Une exposition encore moreover longue a converti le diamant entièrement en coquillages, de l’extérieur vers l’intérieur.
“Les structures à coque concentrique ont été utilisées comme additifs lubrifiants, et cette méthode flash pourrait fournir une voie peu coûteuse et rapide vers ces formations”, a déclaré Tour.
Les co-auteurs de l’article sont les étudiants diplômés de Rice John Tianci Li, Zhe Wang, Wala Algozeeb, Emily McHugh, Kevin Wyss, Paul Advincula, Jacob Beckham et Bo Jiang, le chercheur Carter Kittrell et les anciens élèves Duy Xuan Luong et Michael Stanford. La tournée est le T.T. et W.F. Chaire Chao en chimie ainsi que professeur d’informatique et de science des matériaux et nano-ingénierie à Rice.
Le bureau de la recherche scientifique de l’armée de l’air et le ministère de l’Énergie ont soutenu la recherche.