Потенциал углеродных нанотрубок с покрытием известен давно: возможные применения включают их использование в качестве твердого и прочного композитного материала или в качестве компонента высокочувствительных датчиков и термоэлектрических генераторов. Однако синтезировать новый материал крайне сложно. Алмазы растут только в экстремальных условиях — при температуре около 900 градусов Цельсия в атмосфере, содержащей углеводороды. Выращивание алмазов на нанотрубках — сложная задача, потому что углерод имеет тенденцию образовывать графит.
Чтобы катализировать образование алмазной фазы, необходимо использовать реактивный водород, чтобы предотвратить осаждение графита. Однако этот процесс также повреждает углеродные нанотрубки.
Но ученый IWM Мануэль Ми нашел решение для защиты тонких углеродных нанотрубок, которые растут как лес на субстрате: «Во время наших первых экспериментов плавленый кварц из реакционной камеры случайно вступил в контакт с плазмой покрытия. Он оседал на субстрате. и защищал его от агрессивного водорода ». И, к его удивлению, на этом слое действительно выросли бриллианты. «За этим последовала тщательная, кропотливая работа», — отмечает Ми. «Мы должны были изучить слой оксида кремния, который был нанесен неопределенным образом, и найти способ управления нанесением и оптимизации процесса». Испытания с помощью просвечивающего электронного микроскопа в лаборатории CSIRO в Австралии показали, что нанотрубки действительно выживают под своим защитным слоем.Немецко-австралийская история успеха
Как именно оттуда исходить, стоял вопрос, который теперь стоял перед учеными. Если бы они нашли способ покрыть алмазом нанонити, которые специалисты CSIRO делают из нанотрубок, эти покрытые алмазом нанонити можно было бы использовать для изготовления ультратонких пил, способных, например, разрезать кремниевые пластины. Австралийская команда CSIRO — один из ведущих мировых экспертов, обладающих ноу-хау в производстве пряжи из углеродных нанотрубок.
Для производственного процесса требуются специальные «леса» углеродных нанотрубок, которые можно извлечь как ультратонкий «войлок» и скрутить в очень тонкую пряжу диаметром от 10 до 20 микрометров. В принципе, эта пряжа с алмазным покрытием является идеальным материалом для создания нового поколения пил, которые могут использоваться, например, в солнечной промышленности. Как объясняет Ми: «Новая пильная проволока обещала значительно превзойти традиционную стальную проволоку. Из-за их высокой прочности на растяжение их можно изготавливать намного тоньше, чем стальная проволока, а это означает значительно меньшие потери при пропиле».
А пока физику удалось реализовать свою идею. Совместная патентная заявка Fraunhofer и CSIRO уже подана на метод и соответствующие продукты.
Ми и его коллеги в настоящее время проводят испытания пиления. «Чтобы продемонстрировать нашим партнерам в отрасли потенциал, которым обладает технология, — говорит Ми, — мы должны продемонстрировать, как она может помочь компаниям, производящим солнечную энергию, сэкономить материал при обработке пластин».