O diamante CVD (Chemical Vapor Deposition) apresenta propriedades ópticas excepcionais, o que o torna um material altamente desejável para uma vasta gama de aplicações, desde os campos industriais aos científicos e relacionados com a defesa. As suas caraterísticas ópticas incluem uma excelente transmitância numa vasta gama espetral, desde o ultravioleta profundo até aos comprimentos de onda das micro-ondas. Possui também um elevado índice de refração, um baixo coeficiente de absorção e uma notável rigidez dieléctrica. Estas propriedades tornam o diamante CVD ideal para utilização em ótica laser, janelas para lasers de alta potência e outras aplicações que requerem durabilidade e clareza ótica. A seguir, as principais propriedades ópticas do diamante CVD são explicadas em pormenor.
Pontos-chave explicados:
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Ampla transmitância espetral
- O diamante CVD tem a banda espetral mais larga de qualquer material conhecido, estendendo-se desde ultravioleta profundo (0,23 μm) para infravermelhos distantes e para o banda de micro-ondas de ondas milimétricas .
- Esta ampla gama de transmitância torna-o adequado para aplicações que requerem clareza ótica em vários comprimentos de onda, tais como ótica laser e janelas industriais.
- Por exemplo, é particularmente útil como janela de saída para Lasers de CO₂ que são normalmente utilizados em aplicações de corte para automóveis.
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Índice de refração elevado
- O índice de refração do diamante CVD é 2.376 a um comprimento de onda de 10 μm .
- Um índice de refração elevado contribui para a capacidade do material de dobrar a luz de forma eficaz, o que é benéfico em sistemas ópticos em que é necessária uma manipulação precisa da luz.
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Coeficiente de absorção baixo
- O coeficiente de absorção do diamante CVD varia entre 0.03 a 0,05 cm-¹ a 20°C .
- Um baixo coeficiente de absorção indica uma perda mínima de luz à medida que esta passa através do material, tornando-o altamente eficiente para aplicações ópticas.
- Esta propriedade é particularmente vantajosa em sistemas laser de alta potência, onde a perda de energia deve ser minimizada.
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Permissividade de micro-ondas e tangente de perda
- O diamante CVD tem uma permissividade de micro-ondas de 5,7 e um ângulo tangente de perda de 2×10-⁵ a 145 GHz .
- Estas propriedades fazem dele um excelente material para aplicações de micro-ondas e de radiofrequência, em que a baixa perda de sinal e o elevado desempenho dielétrico são fundamentais.
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Resistência dieléctrica
- A rigidez dieléctrica do diamante CVD é 1×10⁷ V/cm o que é excecionalmente elevado.
- Esta propriedade garante que o material pode suportar campos eléctricos elevados sem se partir, tornando-o adequado para utilização em sistemas ópticos e electrónicos de alta tensão.
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Brilho e cintilação
- Os diamantes CVD apresentam brilho e cintilação intensos semelhante aos diamantes naturais.
- Esta propriedade ótica deve-se ao seu elevado índice de refração e à excelente dispersão da luz, tornando-os visualmente indistinguíveis dos diamantes naturais.
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Durabilidade e dureza
- Com uma dureza de 8.500 kgf/mm² e uma classificação na escala de Mohs de 10 o diamante CVD é um dos materiais mais duros conhecidos.
- Esta durabilidade garante que as suas propriedades ópticas permanecem estáveis, mesmo em condições extremas, como temperaturas elevadas ou tensões mecânicas.
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Aplicações em ótica laser
- O diamante CVD é um material ideal para a ótica laser, particularmente como um janela de saída para lasers de CO₂ .
- A sua capacidade para suportar potências elevadas e manter a clareza ótica torna-o indispensável em aplicações industriais de corte e soldadura a laser.
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Potencial para inclusões de silício
- Durante o processo CVD, inclusões de silício pode, por vezes, ser introduzido no diamante devido à gravação de janelas de sílica na câmara de crescimento.
- Embora estas inclusões possam afetar ligeiramente as propriedades ópticas, são geralmente mínimas e não têm um impacto significativo no desempenho global do material.
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Comparação com diamantes naturais
- Os diamantes CVD partilham a mesma estrutura interna, composição química e propriedades ópticas como os diamantes naturais.
- Isto torna-os uma alternativa económica e sustentável para aplicações que requerem as propriedades ópticas e mecânicas dos diamantes naturais.
Em resumo, as propriedades ópticas do diamante CVD fazem dele um material versátil e de alto desempenho para uma ampla gama de aplicações. A sua ampla transmitância espetral, elevado índice de refração, baixo coeficiente de absorção e durabilidade excecional tornam-no ideal para utilização em ótica laser, sistemas de micro-ondas e janelas industriais. Estas propriedades, combinadas com a sua relação custo-eficácia e sustentabilidade, posicionam o diamante CVD como um material líder nos domínios científico e industrial.
Quadro de resumo:
| Imóveis | Valor/intervalo | Aplicação |
|---|---|---|
| Transmitância espetral | 0.23 μm (UV) até à banda de micro-ondas | Ótica laser, janelas industriais |
| Índice de refração | 2.376 a 10 μm | Sistemas ópticos que exigem uma manipulação precisa da luz |
| Coeficiente de absorção | 0.03-0,05 cm-¹ a 20°C | Sistemas laser de alta potência |
| Permissividade de micro-ondas | 5.7 a 145 GHz | Aplicações de micro-ondas e RF |
| Resistência dieléctrica | 1×10⁷ V/cm | Sistemas ópticos e electrónicos de alta tensão |
| Dureza | 8.500 kgf/mm² (Mohs 10) | Aplicações duradouras em condições extremas |
| Brilho e cintilação | Semelhante aos diamantes naturais | Visualmente indistinguível dos diamantes naturais |
| Aplicações | Janelas de saída do laser de CO₂, ópticas industriais | Corte e soldadura por laser e sistemas ópticos de alta potência |
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