Description du projet
Les fractales et les métamatériaux favorisent la croissance de diamants en 3D pour les revêtements industriels
Le diamant est la substance naturelle connue la plus dure. Il est constitué d’atomes de carbone, chacun étant entouré de quatre autres atomes de carbone et lié à eux par des liaisons covalentes carbone-carbone très fortes. Lorsqu’ils sont utilisés pour des revêtements industriels, les diamants sont souvent broyés pour produire des poudres et appliqués par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), ce qui donne des films minces 2D-diamant hautement cristallisés. Ces procédés 2D rendent difficile la production de revêtements uniformes sur des objets 3D complexes. Le projet smartGROWQ, financé par le CER, développera une approche pionnière et sans précédent permettant la synthèse de diamants en 3D en exploitant l’utilisation de métamatériaux avec des ouvertures fractales pour la synthèse de diamants via de nouvelles voies de nucléation. Cette technique de dépôt innovante sera employée dans le cadre du dépôt en phase vapeur par plasma à micro-ondes.
Objectif
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.
Champ scientifique
Programme(s)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thème(s)
Régime de financement
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstitution d’accueil
5020 Bergen
Norvège