Quer sejam transportados água, combustível ou produtos químicos, os depósitos minerais acumulam-se nas paredes internas das condutas industriais ao longo do tempo, fazendo com que o fluxo diminua, o desgaste dos equipamentos aumente e forçando as empresas a encerrar regularmente para limpeza e manutenção, aumentando os custos operacionais. As contramedidas comuns incluem actualmente o amaciamento da água, a adição de anti-incrustantes químicos, a utilização de tubos ou revestimentos especiais, etc. No entanto, estes métodos têm as suas próprias limitações e é difícil ter em conta a eficácia, o custo e a protecção ambiental ao mesmo tempo.

Uma equipe de ciência de materiais do campus de Houston da Rice University propôs que o uso de um filme de diamante cultivado em laboratório como revestimento na parede interna dos tubos pode inibir significativamente a incrustação e manter a superfície limpa sem intervenção manual frequente. Esta ideia dá continuidade à descoberta de pesquisas anteriores de que “o diamante não é apenas extremamente duro e quimicamente estável, mas também pode inibir o crescimento de bactérias” e fornece uma base teórica para sua aplicação em engenharia em condições de trabalho adversas.

Os pesquisadores usaram o processo de deposição química de vapor por plasma de microondas (MPCVD) para preparar filmes de diamante, que é atualmente um dos métodos mais comumente usados ​​para diamantes sintéticos. No experimento, metano e hidrogênio foram alimentados na câmara de reação, e uma pastilha de silício pré-fiada com uma solução de nanodiamante foi colocada na câmara. Microondas de alta potência excitaram o gás em um plasma de alta temperatura, e os átomos de carbono liberados foram depositados e reorganizados em uma estrutura de diamante em poucas horas para formar um filme contínuo. Posteriormente, a equipe usou diferentes gases para “terminalizar” a superfície do filme para transportar diferentes grupos de superfície, como nitrogênio, oxigênio, hidrogênio ou flúor, para comparar suas propriedades antiincrustantes.

Numa avaliação de desempenho, os pesquisadores mergulharam essas amostras de filme de diamante em uma solução supersaturada de sulfato de cálcio e as deixaram em temperatura ambiente por 20 horas para permitir que a incrustação mineral se assentasse naturalmente. Os resultados mostram que a quantidade de escamação em filmes de diamante terminados em nitrogênio é mais do que uma ordem de grandeza menor do que outros tipos (terminação de oxigênio, hidrogênio, flúor), e os minerais apenas se agregam esporadicamente em aglomerados de cristais em vez de formar uma cobertura densa camada que é difícil de remover. Quando o mesmo tratamento foi aplicado a um eletrodo de diamante dopado com boro, a quantidade de incrustação superficial foi aproximadamente sete vezes menor que a do eletrodo não tratado, validando ainda mais o potencial desse processo em dispositivos eletroquímicos.

Pulickel Ajayan, autor do artigo e professor do Departamento de Ciência de Materiais e Nanoengenharia da Rice University, disse que este resultado mostra que filmes de diamante policristalino de custo controlável obtidos por meio do crescimento em fase de vapor podem se tornar um material durável e anti-incrustação, adequado para dessalinização de água do mar, sistemas de energia e outros campos que são afetados pela incrustação mineral. O grupo de pesquisa de Ajayan continuou anteriormente a conduzir pesquisas sobre filmes finos de diamante, inclusive demonstrando seu potencial de aplicação na fabricação de dispositivos eletrônicos e componentes de computação quântica mais rápidos e eficientes no início deste ano, estabelecendo uma base de processo para a engenharia multicenária de filmes finos de diamante. No futuro, espera-se que este tipo de revestimento de diamante não seja apenas utilizado nas paredes internas de tubulações industriais, mas também possa ser estendido a infraestruturas essenciais, como dispositivos de dessalinização de água do mar, equipamentos de extração de petróleo e gás e centrais elétricas, para reduzir o consumo de energia e os custos de manutenção causados ​​pela incrustação da fonte.