Buckyball

Niepękające ekrany smartfonów coraz bliżej? Stworzono ultratwarde szkło diamentowe

Naukowcy z Carnegie Science stworzyli nową, ultratwardą formę szkła diamentowego o ogromnym potencjalne komercyjnym. Jest to najtwardsze znane szkło o najwyższej przewodności cieplnej wśród wszystkich materiałów szklanych. Nadchodzi wyczekiwany przełom w elektronice?

Sposób, w jaki atomy są ze sobą połączone determinuje właściwości fizyczne materiału – zarówno te, które można zaobserwować gołym okiem, jak i te, które ujawniają się dopiero podczas złożonych badań naukowych.

Magiczny węgiel

Węgiel nie ma sobie równych w tworzeniu stabilnych struktur – samodzielnie i w połączeniu z innymi pierwiastkami. Niektóre postaci węgla są zorganizowane, z powtarzającymi się siatkami krystalicznymi, a inne bardziej nieuporządkowane, o strukturze amorficznej.

Czytaj też: Tej cząsteczki poszukiwano od 70 lat. Wreszcie się udało zsyntetyzować krystaliczny nanografen

Co więcej, rodzaj wiązań chemicznych występujących w cząsteczce węglowej, decyduje o jego twardości. Miękki grafit ma dwuwymiarowe wiązania, a twardy diament wiązania trójwymiarowe.

Synteza amorficznego materiału węglowego z trójwymiarowymi wiązaniami jest celem, do którego dążymy od dawna. Sztuką jest znalezienie odpowiedniego materiału wyjściowego, który można przekształcić z zastosowaniem ciśnienia.

Yingwei Fei z Carnegie Science

Ze względu na bardzo wysoką temperaturę topnienia, nie można wykorzystać diamentu jako punktu wyjścia do syntezy szkła diamentopodobnego. Zespół badawczy, kierowany przez Bingbing Liu z Uniwersytetu Jilin i Mingguang Yao – byłego stypendystę Carnegie – dokonał przełomu stosując formę węgla składającą się z 60 cząsteczek ułożonych w pustą kulę. Jest to buckminsterfulleren (zwany także buckyball), czyli fuleren C60 o kształcie kulistym.

Od dziesięcioleci naukowcy z Carnegie są w czołówce w tej dziedzinie, wykorzystując techniki laboratoryjne do generowania ekstremalnych ciśnień w celu wytworzenia nowatorskich materiałów lub naśladowania warunków występujących głęboko we wnętrzach planet.

Richard Carlson, dyrektor Carnegie Earth and Planets Laboratory
Naukowcy używają prasy do przekształcania fullerenu C60 w szkło diamentowe, podobnie jak w przypadku procesu przekształcania grafitu w diament w aparatach wysokociśnieniowych

Naukowcy użyli buckminsterfullerena do syntezy szkła diamentopodobnego. Jego właściwości zostały potwierdzone przy użyciu różnych zaawansowanych technik badania struktury atomowej.

Stworzenie szkła o tak doskonałych właściwościach otworzy drzwi do nowych zastosowań. Zastosowanie nowych materiałów szklanych zależy od produkcji dużych kawałków, co w przeszłości stanowiło wyzwanie. Stosunkowo niska temperatura, w której udało nam się zsyntetyzować to nowe ultra twarde szkło diamentowe, sprawia, że masowa produkcja staje się bardziej praktyczna.

Yingwei Fei

O szczegółach badań można przeczytać w Nature i na stronie Carnegie Science.