Carbono tipo diamante

El carbono similar al diamante ( DLC ) es una clase de material de carbono amorfo que muestra algunas de las propiedades típicas del diamante . El DLC generalmente se aplica como recubrimiento a otros materiales que podrían beneficiarse de tales propiedades. [1]

DLC existe en siete formas diferentes. [2] Los siete contienen cantidades significativas de átomos de carbono con hibridación sp3. La razón por la que existen diferentes tipos es que incluso el diamante se puede encontrar en dos politipos cristalinos . La más común usa una red cúbica , mientras que la menos común, la lonsdaleita , tiene una red hexagonal . Al mezclar estos politipos a nanoescala, se pueden hacer recubrimientos DLC que al mismo tiempo son amorfos, flexibles y, sin embargo, "diamante" con enlaces puramente sp 3 . El más duro, fuerte y resbaladizo es el carbono amorfo tetraédrico (ta-C). [3]Se puede considerar que Ta-C es la forma "pura" de DLC, ya que consiste casi en su totalidad en átomos de carbono con enlaces sp 3 . Los rellenos como el hidrógeno , el carbono sp 2 grafítico y los metales se utilizan en las otras 6 formas para reducir los gastos de producción o impartir otras propiedades deseables. [4] [5]

Las diversas formas de DLC se pueden aplicar a casi cualquier material que sea compatible con un entorno de vacío.

En 2006, el mercado de recubrimientos DLC subcontratados se estimó en unos 30 000 000 € en la Unión Europea .

En 2011, investigadores de la Universidad de Stanford anunciaron un diamante amorfo súper duro en condiciones de ultra alta presión. El diamante carece de la estructura cristalina del diamante pero tiene la característica de peso ligero del carbono . [6] [7]

En 2021, investigadores chinos anunciaron AM-III, una forma de carbono amorfo súper dura basada en fullereno . También es un semiconductor con un rango de banda prohibida de 1,5 a 2,2 eV. El material demostró una dureza de 113 GPa en una prueba de dureza Vickers frente a una tasa de diamantes de alrededor de 70 a 100 GPa. Ya era bastante difícil arañar la superficie de un diamante. [8]

Una película delgada de ta-C sobre silicio (15 mm de diámetro) que muestra regiones de 40 nm y 80 nm de espesor.
Una pieza de válvula de aleación de co de un pozo de producción de petróleo (30 mm de diámetro), recubierta en el lado derecho con ta-C , para probar la resistencia adicional a la degradación química y abrasiva en el entorno de trabajo.
Cúpula recubierta con DLC para fines ópticos y tribológicos .
Imagen SEM de una réplica recubierta de oro de un recubrimiento ta-C "similar a un diamante". Los elementos estructurales no son cristalitos sino nódulos de átomos de carbono con enlaces sp 3 . Los granos son tan pequeños que la superficie parece un espejo suave a la vista.
Imagen STM de superficies en el borde de una capa de 1 μm de espesor de revestimiento ta-C "tipo diamante" en acero inoxidable 304 después de varias duraciones de volteo en una suspensión de abrasivo SiC de malla 240. Los primeros 100 minutos muestran un pulido lejos del recubrimiento de una sobrecarga de carbones blandos que se habían depositado después del último ciclo de impactos convertidos en enlaces a sp 3 . En la parte de la muestra sin recubrir, se eliminaron aproximadamente 5 μm de acero durante el volteo posterior mientras que el recubrimiento protegía completamente la parte de la muestra que cubría.