Zcela nové diamantové sklo vyrobené z uhlíkových buckyballs

Je to nejtvrdší sklo, o kterém je známo, že má nejvyšší tepelnou vodivost ze všech skleněných materiálů.

Yingwei Fei a Lin Wang z Carnegie University byli součástí mezinárodního výzkumného týmu, který syntetizoval novou formu ultratvrdého uhlíkového skla se širokou škálou potenciálních praktických aplikací pro zařízení a elektroniku. Je to nejtvrdší sklo, o kterém je známo, že má nejvyšší tepelnou vodivost ze všech skleněných materiálů. Jejich zjištění byla zveřejněna v temperamentní povaha.

Funkce následuje formu, pokud jde o pochopení vlastností látky. To, jak jsou její atomy navzájem chemicky příbuzné, a jejich výsledné strukturní uspořádání určuje fyzikální vlastnosti látky – jak ty, které jsou pozorovatelné pouhým okem, tak ty, které odhalí teprve vědecké zkoumání.

Karbon nemá obdoby ve své schopnosti tvořit stabilní struktury – samostatně i v kombinaci s dalšími prvky. Některé formy uhlíku jsou vysoce strukturované, s opakujícími se krystalovými mřížkami. Jiné jsou více neuspořádané, přídavné jméno se nazývá amorfní.

Typ vazby, která drží materiál na bázi uhlíku pohromadě, určuje jeho tvrdost. Například měkký grafit má dvourozměrné vazby a tvrdý diamant má trojrozměrné vazby.

„Syntéza amorfního uhlíkového materiálu s trojrozměrnými vazbami byla dlouhodobým cílem,“ vysvětlil Fay. „Trik je najít správný výchozí materiál pro transformaci s aplikovaným tlakem.“

„Po desetiletí byli výzkumníci z Carnegie v čele oboru a pomocí laboratorních technik generovali extrémní tlaky k výrobě nových materiálů nebo simulovali podmínky nalezené hluboko v planetách,“ dodal ředitel Carnegie Earth and Planetary Laboratory Richard Carlson.

Vzhledem k extrémně vysokému bodu tání je nemožné použít diamant jako výchozí bod pro složení diamantu podobného skla. Výzkumný tým vedený Bingbingem Liuem z Jilin University a Minguang Yao – bývalým hostujícím výzkumníkem na Carnegie University – však dosáhl velkého pokroku použitím formy uhlíku složeného z 60 molekul uspořádaných do duté koule. Tento materiál oceněný Nobelovou cenou, neformálně nazývaný buckyball, byl dostatečně zahřátý, aby rozbil jeho strukturu podobnou fotbalu a způsobil zmatek, než se uhlík pod tlakem promění v krystalický diamant.

Tým použil k výrobě skla podobného diamantu nadrozměrný lis s více kovadlinami. Sklo je dostatečně velké pro charakterizaci. Jeho vlastnosti byly potvrzeny pomocí různých pokročilých technik s vysokým rozlišením pro zkoumání atomové struktury.

„Vytvoření skla s těmito vynikajícími vlastnostmi otevře dveře novým aplikacím,“ vysvětlil Fay. Použití nových skleněných materiálů se opírá o výrobu velkých kusů, což bylo v minulosti výzvou. Relativně nízká teplota, při které jsme byli schopni vyrobit toto nové ultratvrdé diamantové sklo, činí sériovou výrobu praktičtější. „

Reference: „Ultratvrdý amorfní uhlík ze zhrouceného fullerenu“ od 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, Rong Fu, Jianfeng Ji, Xingmin Zhang, He Lin, Yingwei Fei, Bertil Sundqvist, Weihua Wang, Bingbing Liu, 24. listopadu 2021, temperamentní povaha.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03882-9

Tato práce byla finančně podpořena Národním programem výzkumu a vývoje Číny, Čínskou národní nadací pro přírodní vědy a Čínskou nadací pro postdoktorandskou vědu.