Ένα ολοκαίνουργιο διαμαντένιο ποτήρι κατασκευασμένο με ανθρακόνημα buckyballs

Είναι το πιο σκληρό γυαλί που είναι γνωστό ότι έχει την υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα μεταξύ όλων των υλικών γυαλιού.

Ο Yingwei Fei και ο Lin Wang του Πανεπιστημίου Carnegie ήταν μέλη μιας διεθνούς ερευνητικής ομάδας που συνέθεσε μια νέα μορφή εξαιρετικά σκληρού γυαλιού άνθρακα με ένα ευρύ φάσμα πιθανών πρακτικών εφαρμογών για συσκευές και ηλεκτρονικά. Είναι το πιο σκληρό γυαλί που είναι γνωστό ότι έχει την υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα μεταξύ όλων των υλικών γυαλιού. Τα ευρήματά τους δημοσιεύτηκαν στο ιδιοσυγκρασία φύση.

Η συνάρτηση ακολουθεί τη μορφή όταν πρόκειται για την κατανόηση των ιδιοτήτων της ύλης. Ο τρόπος με τον οποίο τα άτομά του συνδέονται χημικά μεταξύ τους, και η προκύπτουσα δομική τους διάταξη, καθορίζει τις φυσικές ιδιότητες μιας ουσίας – τόσο αυτές που παρατηρούνται με γυμνό μάτι όσο και αυτές που αποκαλύπτονται μόνο με επιστημονική έρευνα.

Ο άνθρακας είναι απαράμιλλος στην ικανότητά του να σχηματίζει σταθερές δομές – μόνος του και σε συνδυασμό με άλλα στοιχεία. Ορισμένες μορφές άνθρακα έχουν υψηλή δομή, με επαναλαμβανόμενα κρυσταλλικά πλέγματα. Άλλοι είναι πιο διαταραγμένοι, ένα επίθετο που ονομάζεται άμορφος.

Ο τύπος του δεσμού που συγκρατεί ένα υλικό με βάση τον άνθρακα καθορίζει τη σκληρότητά του. Για παράδειγμα, ο μαλακός γραφίτης έχει δισδιάστατους δεσμούς και το σκληρό διαμάντι έχει τρισδιάστατους δεσμούς.

«Η σύνθεση ενός άμορφου υλικού άνθρακα με τρισδιάστατους δεσμούς ήταν ένας μακροπρόθεσμος στόχος», εξήγησε ο Fay. “Το κόλπο είναι να βρείτε το σωστό υλικό εκκίνησης για μετασχηματισμό με την εφαρμογή πίεσης.”

«Για δεκαετίες, οι ερευνητές του Carnegie ήταν στην πρώτη γραμμή του πεδίου, χρησιμοποιώντας εργαστηριακές τεχνικές για να δημιουργήσουν ακραίες πιέσεις για την παραγωγή νέων υλικών ή την προσομοίωση συνθηκών που βρίσκονται βαθιά σε πλανήτες», πρόσθεσε ο διευθυντής του Carnegie Earth και του Planetary Laboratory Richard Carlson.

Λόγω του εξαιρετικά υψηλού σημείου τήξης του, είναι αδύνατο να χρησιμοποιηθεί το διαμάντι ως σημείο εκκίνησης για τη σύνθεση γυαλιού που μοιάζει με διαμάντι. Ωστόσο, η ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Bingbing Liu του Πανεπιστημίου Jilin και τον Minguang Yao -πρώην επισκέπτης ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Carnegie- έχουν κάνει σημαντικές προόδους χρησιμοποιώντας μια μορφή άνθρακα που αποτελείται από 60 μόρια διατεταγμένα για να σχηματίσουν μια κούφια σφαίρα. Αυτό το βραβευμένο με Νόμπελ υλικό, που ανεπίσημα ονομάζεται buckyball, έχει θερμανθεί αρκετά για να σπάσει τη δομή του που μοιάζει με ποδόσφαιρο για να προκαλέσει όλεθρο πριν μετατρέψει τον άνθρακα σε κρυσταλλικό διαμάντι υπό πίεση.

Η ομάδα χρησιμοποίησε μια υπερμεγέθη πρέσα πολλαπλών άκμονων για να φτιάξει το γυαλί που μοιάζει με διαμάντι. Το ποτήρι είναι αρκετά μεγάλο για χαρακτηρισμό. Οι ιδιότητές του έχουν επιβεβαιωθεί χρησιμοποιώντας μια ποικιλία προηγμένων τεχνικών υψηλής ανάλυσης για τη διερεύνηση της ατομικής δομής.

«Η δημιουργία γυαλιού με αυτές τις ανώτερες ιδιότητες θα ανοίξει την πόρτα σε νέες εφαρμογές», εξήγησε ο Fay. Η χρήση νέων υλικών γυαλιού βασίζεται στην κατασκευή μεγάλων κομματιών, κάτι που ήταν μια πρόκληση στο παρελθόν. Η σχετικά χαμηλή θερμοκρασία στην οποία καταφέραμε να κατασκευάσουμε αυτό το νέο εξαιρετικά σκληρό διαμαντένιο γυαλί κάνει τη μαζική παραγωγή πιο πρακτική. “

Αναφορά: «Υπερσκληρός άμορφος άνθρακας από καταρρέουσα φουλερένιο» των Yuchen Shang, Zhaodong Liu, Jiajun Dong, Mingguang Yao, Zhenxing Yang, Quanjun Li, Chunguang Zhai, Fangren Shen, Xuyuan Hou, Lin Wang, Nianqiang Zhang, Rong, Fu, Jianfeng Ji, Xingmin Zhang, He Lin, Yingwei Fei, Bertil Sundqvist, Weihua Wang, Bingbing Liu, 24 Νοεμβρίου 2021, ιδιοσυγκρασία φύση.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03882-9

Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε οικονομικά από το Εθνικό Πρόγραμμα Έρευνας και Ανάπτυξης της Κίνας, το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας και το Ίδρυμα Μεταδιδακτορικών Επιστημών της Κίνας.