Noua sticlă diamant ultra-dură sintetizată folosind buckyballs de carbon

Cercetătorii folosesc o presă multi-nicovală pentru a transforma fullerena C60 în sticlă de diamant, similar procesului de conversie a grafitului în diamant într-un dispozitiv de înaltă presiune. Credit: Imagine de Yingwei Fei

Este cea mai dura sticlă cunoscută cu cea mai mare conductivitate termică dintre toate materialele din sticlă.

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

Funcția urmează forma atunci când vine vorba de înțelegerea proprietăților unui material. Modul în care atomii săi sunt legați chimic între ei și aranjamentul structural rezultat, determină calitățile fizice ale unui material, atât cele care sunt observabile cu ochiul liber, cât și cele care sunt dezvăluite doar de sondaje științifice.

Carbonul este de neegalat în capacitatea sa de a forma structuri stabile, singur sau în combinație cu alte elemente. Unele forme de carbon sunt foarte organizate, cu rețele cristaline repetate. Altele sunt mai dezordonate, o calitate numită amorfă.

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.

„Sinteza unui material carbonic amorf cu legături tridimensionale a fost un obiectiv de lungă durată”, a explicat Fei. „Smecheria este să găsiți materialul de pornire potrivit pentru procesare prin aplicarea presiunii. „

READ  Explicat: De ce vrea Rusia să părăsească Stația Spațială Internațională?

„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 pentru a imita condițiile găsite adânc în planete”, a adăugat Richard Carlson, director al Laboratorului Carnegie Earth and Planets.

Datorită punctului său de topire extrem de ridicat, este imposibil să utilizați diamantul ca punct de plecare pentru sintetizarea sticlei asemănătoare diamantului. Cu toate acestea, echipa de cercetare, condusă de Bingbing Liu de la Universitatea Jilin și Mingguang Yao, un fost cercetător vizitator de la Carnegie, a făcut progrese folosind o formă de carbon formată din 60 de molecule aranjate pentru a forma o bilă goală. Denumit în mod informal buckyball, acest material câștigător al Premiului Nobel a fost încălzit suficient pentru a-și prăbuși structura asemănătoare mingii de fotbal și a provoca dezordine înainte de a transforma carbonul în diamant cristalin sub presiune.

Echipa a folosit o presă multi-nicovală de volum mare pentru a sintetiza sticla în formă de diamant. Sticla este suficient de mare pentru caracterizare. Proprietățile sale au fost confirmate folosind diferite tehnici avansate de înaltă rezoluție pentru a sonda structura atomică.

„Crearea unui pahar cu astfel de proprietăți superioare va deschide ușa către noi aplicații”, a explicat Fei. „Utilizarea noilor materiale din sticlă se bazează pe fabricarea de piese mari, ceea ce a reprezentat o provocare în trecut. Temperatura comparativ mai scăzută la care am putut sintetiza această nouă sticlă diamant ultra-dură face producția de masă mai convenabilă.

Referință: „Carbon amorf în vrac ultrahard din fullerene prăbușite” 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 și Bingbing Liu, 24 noiembrie 2021, Natură.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03882-9

READ  Decodează clasa | mare reporter

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.

Faci un comentariu sau dai un răspuns?

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *