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Diamantes en CNEA
Hugo Huck
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El diamante (del griego antiguo adámas, que significa
invencible o inalterable), es un alótropo del carbono
donde los átomos están dispuestos en una variante de la
estructura cristalina cúbica centrada en la cara
denominada «red de diamante». El diamante es la
segunda forma más estable de carbono, después del
grafito.
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Estructura cristalinaGrafito Diamante
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Propiedades
Dureza: 100 GPa o mayor Conductividad térmica: 2000 Watt m (Cu: 400 Watt m) Resistividad eléctrica 1015 Ω m Transparente Índice de refracción: 2,4 Densidad: 3,5 g/cm Químicamente inerte a la mayoría de ácidos o bases
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Historia 3000 a 6000 años. Primeros registros en la India. 1797. Se determina que está constituido de carbono
(Tennant, químico inglés). 1893. Moissan (químico francés, Nobel 1906). Produjo
pequeños cristales de diamante. 1955. General Electric desarrolla un método para
producir diamantes industrialmente (HPHT). 1980 en adelante. Se fabrican diamantes por medio de
diversos métodos (CVD, Filamento caliente, etc.).
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Diamantes naturales Origen: se forman en la corteza
terrestre (50 000 bar y 2 000 °C).
Impacto de meteoritos (microcristales).
Origen extraterrestre: en meteoritos y en estrellas enanas blancas (Lucy a 50 años luz con un núcleo de diamante de 4 000 km)
Lucy in the Sky with Diamonds – The Beatles
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Diamantes naturales famosos Cullinan (3 160 quilates). Se dividió en 9
piezas principales y 96 más pequeñas.
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Diamantes naturales famosos El gran Mogol
280 quilates
Golden Jubilee545 quilates
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Diamantes naturales famosos Centenary
273 quilates 7.03 quilates7 M€
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Diamantes hechos por el hombre Motivaciones Su uso como material duro Uso en la industria electrónica Posible fabricación de gemas
Aplicaciones Uso como abrasivo y elemento de corte Elementos ópticos, ventanas de detectores y de láseres Detectores de radiación Medicina (bisturíes, prótesis, etc.) Electrónica (disipadores, nanotransistores, etc.)
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Aplicaciones en desarrollo Emisión de fotón único
(en comunicaciones)
Implantes en retina
http://bionicvision.org.au/eye
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Diamantes hechos por el hombre
R. Abbaschian et al. Diamond Relat. Materials 14 (2005) 1916.
1: esfera de presión; 2: abrazaderas de seguridad;3: troquel grande; 4: troquel pequeño; 5: núcleo; 6: potencia; 7: membrana de goma; 8: entrada de aceite; 9: refrigeración.
Método “Alta presión y alta temperatura” (HPHT) 600 Tn al año
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Diagrama de fase del carbono
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Cómo crecen las películas
Substrato
fisisorción
quimisorción
Difusión
CVD: chemical vapor deposition
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Metano
HH
H
Hidrógeno atómico
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CVD: Microondas
Velocidad de depósito: 5 a 100 µm h-1
www.csm-instruments.com
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Filamento caliente
Velocidad de depósito: 0,5 a 2 µm h-1
Edward Crichton, Construction of a Molecular Beam Mass Spectrometer for In-Situ probing of a Diamond Chemical Vapour Deposition Environment. JUN 2007
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Antorcha de acetileno
Edward Crichton, Construction of a Molecular Beam Mass Spectrometer for In-Situ probing of a Diamond Chemical Vapour Deposition Environment. JUN 2007
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Caracterización Espectroscopia Raman Difracción de rayos X Microscopia electrónica Microscopia óptica con luz polarizada (D-scop, Xpol, DIC)
I. Friel et al. Diamond Relat. Material 18 (2009) 808
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Método desarrollado en CNEA Plasma asistido por filamento caliente a potencial negativo.
Velocidad de depósito: de 5 a 15 µm h-1
M. Reinoso et al. capítulo 2 en Diamonds: Properties, Synthesis and Applications NOVABooks, Nueva York (2011)
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Método desarrollado en CNEA
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Resultados obtenidos Película de diamante sobre acero. Proceso complejo.
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Diamante sobre sustratos varios Silicio, molibdeno, tantalio, tungsteno, alúmina, etc.
Cristales sobreMolibdeno
Película sobreAlúmina
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Investigaciones futuras Nano, micro o macro?
20 um
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Diamantes Macroscópicos Tres razones para producir diamantes macro. 1) Sus aplicaciones (industria electrónica, óptica). 2) Vinculación con lo nano-.
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3) Son más bonitos.
Y además,
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Recordando…
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ParticipantesMariel ReinosoFabián ÁlvarezHugo Huck
Betty HalacEnrique Burgos
Mariana Rosenbuch
Juan Carlos Suarez SandínHugo Di PaoloHugo ZárateJulio LaffranchiCarlos Piñeyro
Marcelo IgarzábalAlejandro Zavala