Ученые создали сверхтвердое алмазное стекло из фуллеренов
Исследователи из Carnegie Science разработали сверхтвердое алмазное стекло. Изготовленный полностью из измельченных «футбольных мячей» из углерода, новый материал также обладает высокой теплопроводностью и может найти применение в электронике.
Углерод — это универсальный элемент, образующий множество стабильных структур в различных атомных расположениях, от графена до алмаза. Они могут быть повторяющимися кристаллическими узорами или аморфными, как стекло, а сами атомные связи могут образовываться в двух или трех измерениях, что определяет твердость материала.
Однако некоторые формы, такие как алмазное стекло, изготовить сложнее, чем другие.
«Синтез аморфного углеродного материала с трехмерными связями был давней целью», — говорит Инвэй Фэй, автор нового исследования. «Уловка состоит в том, чтобы найти правильный исходный материал, который можно преобразовать под давлением».
Если, например, вы приложите давление к графиту, вы получите кристаллическое расположение алмаза. Сам алмаз может показаться логической отправной точкой для изготовления алмазного стекла, но его температура плавления 4227 ° C слишком высока для практического использования.
Ученым нужно было найти форму углерода, которая могла бы стать достаточно неупорядоченной в атомном отношении, прежде чем подвергнуться давлению.
Они нашли свою цель в фуллерене, широко известном как «бакиболл», который состоит из 60 атомов углерода, расположенных в форме полого футбольного мяча. Команда исследователей нагревала их до тех пор, пока форма шара не превратилась в беспорядочную форму, а затем было приложено высокое давление с помощью пресса с несколькими наковальнями.
Конечным результатом стало алмазоподобное стекло, которое можно было изготавливать частями миллиметрового размера.
При ближайшем рассмотрении команда ученых обнаружила, что твердость нового стекла составляет около 102 гигапаскалей (ГПа). Это выше, чем у природного алмаза, но не так много, как у AM-III, формы стекла, недавно синтезированной в Китае, с твердостью до 113 ГПа.
Ученые утверждают, что новое сверхтвердое стекло имеет самую высокую теплопроводность среди всех аморфных материалов, со значением k 26. Важно отметить, что его можно синтезировать при температурах от 900 до 1000 ° C, что находится в пределах досягаемости промышленного производства.
«Создание стекла с такими превосходными свойствами откроет двери для новых применений», — говорит Фей. «Использование новых материалов из стекла зависит от изготовления крупных изделий, что в прошлом было сложной задачей. Сравнительно низкая температура, при которой мы смогли синтезировать это новое сверхтвердое алмазное стекло, делает массовое производство более практичным».
Исследование было опубликовано в журнале Nature.