Ultratvrdé diamantové sklo z fullerénu je unikátny materiál

ZDROJ | gobliins /Depositphotos

Uhlík je všestranný prvok, ktorý tvorí mnoho stabilných štruktúr v rôznych atómových usporiadaniach, od „dvojrozmerného“ grafénu, nano-štrukturovaného fullerénu, po diamant. Môžu to byť opakujúce sa kryštalické vzory alebo amorfné štruktúry ako sklo a samotné atómové väzby sa môžu vytvárať v dvoch alebo troch rozmeroch, čo určuje tvrdosť materiálu.

Novou formou je diamantové sklo, ktoré sa vedci pokúšali vyrobiť už dlhšie a teraz sa to výskumníkom z Carnegie Science aj podarilo. Nový materiál je vyrobený výlučne z drvených „fullerénových loptičiek“ z uhlíka a má extrémne vysokú tepelnú vodivosť. Zaujímavé uplatnenie by mohol nájsť v elektronike.

Pozrite siOpäť unikátny uhlík – carbyne prekoná grafén aj diamant

„Syntéza amorfného uhlíkového materiálu s trojrozmernými väzbami je dlhodobým cieľom,“ povedal autor novej štúdie, Yingwei Fei.  „Trik je nájsť ten správny východiskový materiál na transformáciu pomocou tlaku.“

Ak použijete tlak napríklad na grafit, skončíte s kryštalickým usporiadaním diamantu. Samotný diamant sa môže zdať logickým východiskovým bodom na výrobu diamantového skla, ale jeho teplota topenia 4 227 °C  je príliš vysoká na praktické použitie. Tím potreboval nájsť formu uhlíka, ktorá by mohla byť dostatočne atómovo neusporiadaná predtým, ako bude vystavená tlaku.

Diagram znázorňujúci, ako sa vyrába nové ultratvrdé diamantové sklo.ZDROJ | Yingwei Fei

Svoj cieľ našli vo fulleréne, ktorý sa skladá zo 60 atómov uhlíka usporiadaných do tvaru dutej futbalovej lopty. Tím tento uhlíkový materiál zahrieval, kým sa tvar gule nezrútil do neusporiadanej formy, potom pomocou multi-nákovového lisu vytvorili vysoký tlak. Výsledkom je sklo podobné diamantu, ktoré bolo možné vyrobiť v milimetrových kusoch. Výskum bol publikovaný v časopise Nature.

Pri ďalšom skúmaní vedci zistili, že nové sklo sa vyznačuje tvrdosťou okolo 102 GigaPascalov (GPa) (101,9 ± 2,3 GPa). To je viac ako prirodzene sa vyskytujúci diamant, hoci nie je také tvrdé ako rekordné diamantové sklo AM-III.  Táto forma skla, nedávno syntetizovaná v Číne, mala tvrdosť až 113 GPa.

Tvrdosť uhlíkových materiálov AM v porovnaní s inými známymi amorfnými materiálmi. ZDROJ | National Science Review

Hoci v tvrdosti nie je nový materiál úplným šampiónom, výskumný tím tvrdí, že nové ultratvrdé sklo má najvyššiu tepelnú vodivosť zo všetkých amorfných materiálov s hodnotou koeficientu tepelnej vodivosti k=26. Dôležité je, že ho možno syntetizovať pri teplotách medzi 900 a 1 000 °C, čo je v dosahu priemyselnej výroby.

Pozrite siSú diamantové nanovlákna cestou k vesmírnemu výťahu?

Vytvorenie skla s takými vynikajúcimi vlastnosťami otvorí dvere novým aplikáciám, tvrdí Yingwei Fei. Praktické využitie nových sklenených materiálov závisí od schopnosti vyrábať veľké kusy, čo doteraz predstavovalo tvrdý oriešok. Pomerne nízka teplota, pri ktorej vedci dokázali nové ultratvrdé diamantové sklo syntetizovať v laboratóriu, dáva nádej na reálnu dosiahnuteľnosť hromadnej výroby. Ochranné sklo na smartfóny sa však z tohto materiálu takmer určite vyrábať nebude.

ZdrojNew Atlas

Komentáre k článku