O sticlă diamant nou-nouță, realizată din carbon buckyballs

Este cea mai dura sticlă cunoscută pentru a avea cea mai mare conductivitate termică dintre toate materialele din sticlă.

Yingwei Fei și Lin Wang de la Universitatea Carnegie au făcut parte dintr-o echipă internațională de cercetare care a sintetizat o nouă formă de sticlă de carbon ultra-dură cu o gamă largă de potențiale aplicații practice pentru dispozitive și electronice. Este cea mai dura sticlă cunoscută pentru a avea cea mai mare conductivitate termică dintre toate materialele din sticlă. Descoperirile lor au fost publicate în temperare natura.

Funcția urmează forma atunci când vine vorba de înțelegerea proprietăților materiei. Modul în care atomii săi sunt legați chimic unii cu alții și aranjamentul lor structural rezultat determină calitățile fizice ale materialului – atât cele observabile cu ochiul liber, cât și cele revelate doar de investigațiile științifice.

Carbonul este de neegalat în capacitatea sa de a forma structuri stabile – singur și în combinație cu alte elemente. Unele forme de carbon sunt foarte structurate, cu rețele cristaline repetate. Altele sunt mai dezordonate, un adjectiv numit amorf.

Tipul de legătură care ține împreună un material pe bază de carbon determină duritatea acestuia. De exemplu, grafitul moale are legături bidimensionale, iar diamantul dur are legături tridimensionale.

„Sintetizarea unui material de carbon amorf cu legături tridimensionale a fost un obiectiv pe termen lung”, a explicat Fay. „Smecheria este să găsiți materialul de pornire potrivit pentru transformare cu presiune aplicată”.

„De zeci de ani, cercetătorii Carnegie au fost în fruntea domeniului, folosind tehnici de laborator pentru a genera presiuni extreme pentru a produce noi materiale sau a simula condițiile găsite în adâncime în planete”, a adăugat directorul Carnegie Earth and Planetary Laboratory Richard Carlson.

Din cauza punctului său de topire extrem de ridicat, este imposibil să folosiți diamantul ca punct de plecare pentru compoziția sticlei asemănătoare diamantului. Cu toate acestea, echipa de cercetare condusă de Bingbing Liu de la Universitatea Jilin și Minguang Yao – un fost cercetător vizitator la Universitatea Carnegie – a făcut progrese majore prin utilizarea unei forme de carbon formată din 60 de molecule aranjate pentru a forma o sferă goală. Acest material câștigător al Premiului Nobel, numit în mod informal buckyball, a fost încălzit suficient pentru a-și sparge structura asemănătoare fotbalului pentru a face ravagii înainte de a transforma carbonul într-un diamant cristalin sub presiune.

Echipa a folosit o presă multi-nicovală supradimensionată pentru a face sticla asemănătoare diamantului. Sticla este suficient de mare pentru caracterizare. Proprietățile sale au fost confirmate folosind o varietate de tehnici avansate de înaltă rezoluție pentru a investiga structura atomică.

„Crearea sticlei cu aceste proprietăți superioare va deschide ușa către noi aplicații”, a explicat Fay. Utilizarea de noi materiale de sticlă se bazează pe realizarea unor piese mari, ceea ce a fost o provocare în trecut. Temperatura relativ scăzută la care am reușit să fabricăm această nouă sticlă de diamant ultra-dură face producția de masă mai practică. „

Referință: „Carbon amorf ultradur din fullerenă prăbușită” de Yuchen Shang, Zhaodong Liu, Jiajun Dong, Mingguang Yao, Zhenxing Yang, Quanjun Li, Chunguang Zhai, Fangren Shen, Xuyuan Hou, Lin Wang, Nianqiang Zhang, Wei Zhang, Rong Fu, Jianfeng Ji, Xingmin Zhang, He Lin, Yingwei Fei, Bertil Sundqvist, Weihua Wang, Bingbing Liu, 24 noiembrie 2021, temperare natura.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03882-9

Această lucrare a fost susținută financiar de Programul național de cercetare și dezvoltare cheie din China, Fundația Națională pentru Științe Naturale din China și Fundația pentru Științe Postdoctorale din China.