Üniversite'de Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Profesörü olan araştırmanın üç makalesinin de baş yazarı olan Jay Narayan keşfettikleri bu üçüncü katı karbon fazının doğada ancak bazı gezegenlerin çekirdeğinde bulunuyor olabileceğini söylüyor.

Q-karbon'un bazı alışılmadık özellikleri var; bunlardan birincisi ise ferromanyetik (demirle manyetik etkileşime girebilen) olması ki diğer fazların böyle bir özelliği yok. İkincisi ise Q-karbon'un elmastan daha sert olması ve üçüncüsü de çok küçük miktarda enerjilere dahi maruz kaldığında korlaşması veya parıldaması.

Narayan; "Q-karbon'un gücü ve düşük work-function'ı (malzeme biliminde maddeden elektron koparılması için yapılan termodinamik iş ya da verilen enerji olarak tanımlanan terim) , onu yeni elektronik görüntüleme teknolojilerinin geliştirilmesinde son derece gelecek vaat eden bir malzeme kılıyor. " açıklamasında bulundu.

Q-karbon ayrıca çeşitli tek kristalli elmas nesneler üretmekte de kullanılabilir ancak bunun yolu öncelikle Q-karbon'u üretmenin tarifini öğrenmekten geçiyor.

Araştırmacılar yola, safir (Al2O3), cam veya polimer plastik gibi bir sübstrat ile çıkıyorlar. Bu sübstrat daha sonra amorfus karbon (kristalin yapılar oluşturamayan reaktif karbonlar) ile kaplanıyor. Bu karbon kılıf daha sonra 200 nanosaniye (saniyenin milyarda biri) süren tek bir lazer atımı ile vuruluyor ve böylelikle karbonun sıcaklığı 3.727 santigrat dereceye (4000 Kelvin) çıkarılıyor akabinde de hızlıca soğutuluyor. Tüm bu işlemler deniz seviyesindeki hava basıncı olarak adlettiğimiz 1 atmosfer basınçta gerçekleştiriliyor.

Sonuçta oluşan malzeme ise bir Q-karbon filmi veya çarşafı ki araştırmacılar bu işlemleri düzenleyerek filmin kalınlığını 20 ila 500 nanometre arasında ayarlayabiliyorlar.

Farklı sübstratlar kullanarak ve lazer atımının süresini değiştirerek karbonun soğuma süresini de kontrol eden araştırmacılar, bu değişen soğuma sürelerine bağlı olarak Q-karbon içerisinde elmas yapıları oluşturabiliyorlar.

Narayan konu ile ilgili ; "Elmas mikroiğneler, nanoiğnecikler, nanonoktalar veya geniş alanlı elmas filmler üretebiliyoruz ve bu malzemelerin kullanım alanları ilaçların kan içinde taşınmasından, endüstriyel süreçlere; yüksek sıcaklık değişimlerinden elektronikleri güçlendirmeye kadar geniş bir yelpazeyi kapsıyor. Bu elmas nesnelerin tekil-kristalin (tek kristal yapı) yapıları var ve bu çoklu kristalin yapıya sahip olan malzemelere göre çok daha güçlü kılıyor. Bu işlemlerin tamamı da oda sıcaklığı ve ortalama (alışıldık) hava basıncında gerçekleşiyor. Kullandığımız lazer ise göz tedavisinde kullanılan lazerlere benzer.. Tüm bu durumlar bir araya getirildiğinde görülüyor ki, bizler sadece yeni uygulamalar geliştirmekle kalmıyor aynı zamanda bunu elmasa nazaran çok daha ucuza gerçekleştirebiliyoruz." açıklamasında bulunuyor.

Ayrıca eğer araştırmacılar Q-karbon'ların daha fazlasını elmasa çevirmek isterlerse, lazer-atımı/soğutma sürecinin tekrarlanmasının yeterli olacağını söylüyorlar.

Q-karbon filmler üretebilen araştırmacılar, şimdilik bu malzemenin özelliklerini kavramaya çalışıyorlar ve henüz malzemeyi kullanmak üzere onu kontrol etme noktasında yolun başında olduklarını belirtiyorlar. Elmaslar hakkında hali hazırda çok fazla bilgimiz olduğunu söyleyen araştırma ekibi, buna dayanarak elmas nanonoktalar (nanodots) üretebileceklerini söylüyor. Ancak Q-karbon ile nasıl nanonoktalar ve mikroiğnecikler üretileceği henüz bilinmiyor, bu yüzden şu anki incelemeleri çoğunlukla bu alanlara odaklanmış durumda.

• Üniversite, Q-karbon ve elmas üretimi teknikleri üzerinden iki ayrı patenti aldı ve haklarını ellerinde bulunduruyor.

 

 

---

Kaynak :

"Novel Phase of Carbon, Ferromagnetism and Conversion into Diamond" Jagdish Narayan and Anagh Bhaumik, Published: Nov. 30, Journal of Applied Physics, DOI: 10.1063/1.4936595

Jagdish Narayan et al. Research Update: Direct conversion of amorphous carbon into diamond at ambient pressures and temperatures in air, APL Materials (2015). DOI: 10.1063/1.4932622

---