Projektbeschreibung
Fraktale und Metamaterialien unterstützen 3D-Diamantwachstum für industrielle Beschichtungen
Diamant ist der härteste uns bekannte Stoff aus der Natur. Er besteht aus Kohlenstoffatomen, die jeweils von vier weiteren Kohlenstoffatomen umgeben und mit diesen durch sehr starke kovalente Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen verbunden sind. Bei der industriellen Beschichtung werden Diamanten häufig zu Pulver zerkleinert und mittels chemischer Gasphasenabscheidung aufgetragen, wodurch hochkristallisierte 2D-Diamantdünnschichten entstehen. Mit diesen 2D-Verfahren können nur schwer gleichmäßige Beschichtungen auf komplexen dreidimensionalen Objekten hergestellt werden. Das ERC-finanzierte Projekt smartGROWQ wird einen bahnbrechenden und beispiellosen Ansatz entwickeln, der eine 3D-Diamantsynthese gestattet, indem Metamaterialien mit fraktalen Öffnungen für die Diamantsynthese mittels neuartiger Nukleationspfade zur Anwendung kommen. Dieses innovative Beschichtungsverfahren wird bei der Mikrowellen-Plasma-unterstützten chemischen Gasphasenabscheidung eingesetzt.
Ziel
Diamond, due its outstanding properties, is a desired material to coat various objects for medical, bioelectronics, optical, aerospace, marine and other applications. However, achieving uniform coatings on complex-shaped 3D objects is still a not overcome challenge due to 2D nature of current deposition techniques. The aim of this project is to develop a new diamond growth technology, which will allow diamond synthesis in 3D and accelerate the widespread use of diamond-based materials in new research fields and industry.
The technical challenge of diamond growth in 3D will be addressed by leveraging on two ground-breaking ideas: 1) exploiting the unique properties of metamaterials and fractals to achieve uniform plasma excitation in 3D; 2) using new protonuclei-enhanced gas phase diamond nucleation pathways to overcome the nucleation barrier. The diamond growth will be achieved by microwave plasma chemical vapor deposition technique in a unique deposition system. The plasma in the system will be excited by traveling surface waves in 3D using fractal apertures on composite right/left-handed materials with infinite wavelength propagation property. As a result, plasma is expected to be distributed homogeneously in space, which is a necessary condition to achieve uniform diamond synthesis on 3D objects. The growth of diamond is expected to proceed via nonclassical protonuclei-enhanced gas phase nucleation pathway proposed to significantly increase diamond nucleation rate and allow diamond growth that is independent on a substrate temperature.
The use of metamaterials with fractal apertures for diamond synthesis via nonclassical gas phase nucleation pathway is an absolute novelty, which will address fundamental questions about diamond growth in a gas phase. Beyond that, this new technology could enable other researchers to explore new applications of diamond on temperature sensitive materials, which require good electronic, chemical, or surface tribological properties.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsGastgebende Einrichtung
5020 Bergen
Norwegen