Zupełnie nowe szkło diamentowe wykonane przy użyciu węglowych kulek Buckyball

Jest to najtwardsze szkło, o którym wiadomo, że ma najwyższą przewodność cieplną spośród wszystkich materiałów szklanych.

Yingwei Fei i Lin Wang z Carnegie University byli częścią międzynarodowego zespołu badawczego, który zsyntetyzował nową formę ultratwardego szkła węglowego o szerokim zakresie potencjalnych praktycznych zastosowań w urządzeniach i elektronice. Jest to najtwardsze szkło, o którym wiadomo, że ma najwyższą przewodność cieplną spośród wszystkich materiałów szklanych. Ich odkrycia zostały opublikowane w charakter temperamentu.

Funkcja podąża za formą, jeśli chodzi o zrozumienie właściwości substancji. To, w jaki sposób atomy są ze sobą powiązane chemicznie i wynikający z nich układ strukturalny, określa fizyczne właściwości substancji – zarówno te, które można zaobserwować gołym okiem, jak i te ujawnione jedynie przez badania naukowe.

Węgiel jest niezrównany w swojej zdolności do tworzenia stabilnych struktur – samodzielnie iw połączeniu z innymi pierwiastkami. Niektóre formy węgla są silnie ustrukturyzowane, z powtarzającymi się sieciami krystalicznymi. Inne są bardziej nieuporządkowane, przymiotnik zwany amorficznym.

Rodzaj wiązania, które łączy materiał na bazie węgla, determinuje jego twardość. Na przykład miękki grafit ma wiązania dwuwymiarowe, a twardy diament ma wiązania trójwymiarowe.

„Synteza amorficznego materiału węglowego z trójwymiarowymi wiązaniami była celem długoterminowym” – wyjaśnił Fay. „Sztuka polega na znalezieniu odpowiedniego materiału wyjściowego do transformacji za pomocą przyłożonego ciśnienia”.

„Od dziesięcioleci naukowcy z Carnegie są w czołówce, wykorzystując techniki laboratoryjne do generowania ekstremalnych ciśnień w celu wytworzenia nowych materiałów lub symulacji warunków znalezionych głęboko w planetach” – dodał dyrektor Carnegie Earth and Planetary Laboratory, Richard Carlson.

Ze względu na jego niezwykle wysoką temperaturę topnienia nie można użyć diamentu jako punktu wyjścia do kompozycji szkła podobnego do diamentu. Jednak zespół badawczy kierowany przez Bingbing Liu z Jilin University i Minguang Yao – byłego badacza wizytującego z Carnegie University – poczynił znaczne postępy, wykorzystując formę węgla złożoną z 60 cząsteczek ułożonych w pustą kulę. Ten nagrodzony Nagrodą Nobla materiał, nieformalnie zwany buckyballem, został wystarczająco podgrzany, aby rozbić swoją przypominającą piłkę nożną strukturę, aby siać spustoszenie, zanim pod ciśnieniem zamieni węgiel w krystaliczny diament.

Zespół wykorzystał przewymiarowaną prasę z wieloma kowadłami, aby wytworzyć diamentopodobne szkło. Szkło jest wystarczająco duże do charakteryzacji. Jego właściwości potwierdzono przy użyciu różnych zaawansowanych technik o wysokiej rozdzielczości do badania struktury atomowej.

„Tworzenie szkła o tych doskonałych właściwościach otworzy drzwi do nowych zastosowań” – wyjaśnił Fay. Stosowanie nowych materiałów szklanych polega na wykonywaniu dużych elementów, co w przeszłości było wyzwaniem. Stosunkowo niska temperatura, w której byliśmy w stanie wyprodukować to nowe ultratwarde szkło diamentowe, czyni masową produkcję bardziej praktyczną. „

Odniesienie: „Ultratwardy amorficzny węgiel z zapadniętego fulerenu” autorstwa Yuchen Shang, Zhaodong Liu, Jiajun Dong, Mingguang Yao, Zhenxing Yang, Quanjun Li, Chunguang Zhai, Fangren Shen, Xuyuan Hou, Lin Wang, Nianqiang Zhang, Wei Zhang Fu, Jianfeng Ji, Xingmin Zhang, He Lin, Yingwei Fei, Bertil Sundqvist, Weihua Wang, Bingbing Liu, 24 listopada 2021 r., charakter temperamentu.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03882-9

Prace te były wspierane finansowo przez Narodowy Program Badań i Rozwoju w Chinach, Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych w Chinach oraz China Postdoctoral Science Foundation.