Descrizione del progetto
Frattali e metamateriali sostengono la crescita dei diamanti 3D per rivestimenti industriali
Il diamante è la sostanza naturale più dura che si conosca. È composto da atomi di carbonio, ognuno dei quali è circondato da, e legato a, altri quattro atomi di carbonio mediante legami covalenti carbonio-carbonio molto forti. Quando impiegati per i rivestimenti industriali, i diamanti sono spesso frantumati per produrre polveri e applicati mediante la deposizione chimica da vapore, ottenendo pellicole sottili di diamanti in 2D altamente cristallizzati. Questi processi in 2D rendono difficile produrre rivestimenti uniformi su oggetti complessi tridimensionali. Il progetto smartGROWQ, finanziato dal CER, svilupperà un approccio pionieristico e senza precedenti che consente di sintetizzare diamanti in 3D avvalendosi dell’uso di metamateriali con aperture frattali per la sintesi dei diamanti attraverso innovativi percorsi di nucleazione. Questa innovativa tecnica di deposizione sarà impiegata nella deposizione chimica da vapore con plasma a microonde.
Obiettivo
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.
Campo scientifico
Parole chiave
Programma(i)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsIstituzione ospitante
5020 Bergen
Norvegia