Nerozbitný materiál s vysokou hustotou energie konkuruje diamantu
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 22. 12. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Trvalo to viac ako tri desaťročia, no vedci veria, že vytvorili materiál, ktorý je takmer nemožné rozbiť a ktorý by tak mohol konkurovať diamantu ako najtvrdšia substancia na planéte.
Medzinárodnému tímu vedenému výskumníkmi z Centra pre vedu v extrémnych podmienkach na Edinburskej univerzite sa podaril prelomový objav, keď syntézou prekurzorov uhlíka a dusíka vytvorili nitridy uhlíka, ktoré sú tvrdšie ako kubický nitrid bóru, čo je v súčasnosti druhý najtvrdší materiál po diamante.
„Po objavení prvého z týchto nových materiálov nitridu uhlíka sme boli neuveriteľne prekvapení, že sa nám podarilo vyrobiť materiály, o ktorých výskumníci snívali posledné tri desaťročia,“ povedal Dominique Laniel z Edinburskej univerzity. „Tieto materiály sú silným podnetom na preklenutie priepasti medzi syntézou vysokotlakových materiálov a priemyselnými aplikáciami.“
Zatiaľ čo vedci rozpoznali potenciál uhlíkových nitridov už v 80. rokoch minulého storočia, vrátane ich vysokej tepelnej odolnosti, ich vytvorenie bol iný príbeh. V skutočnosti až doteraz neboli vypracované žiadne dôveryhodné štúdie ich syntézy.
„Uhlíkové nitridy s trojrozmernými štruktúrami tetraédrov CN4 sú jednou z veľkých ašpirácií materiálovej vedy,“ uviedli vedci v štúdii.
Tím, ktorého členmi boli aj odborníci na materiály z univerzity v nemeckom Bayreuthe a švédskej univerzity v Linköpingu, dosiahol tento úspech tým, že vystavil rôzne formy prekurzorov uhlíka a dusíka tlaku 70 - 135 gigapascalov (alebo miliónnásobku nášho atmosférického tlaku) a zároveň ich zahrial na viac ako 1 500 °C.
Usporiadanie atómov sa potom skúmalo prostredníctvom röntgenového žiarenia v Európskom synchrotrónovom výskumnom zariadení vo Francúzsku, v Deutsches Elektronen-Synchrotron v Nemecku a v Advanced Photon Source v USA.
Táto analýza odhalila, že tri zo syntetizovaných zlúčenín nitridu uhlíka majú štruktúru požadovanú pre prelomový supertvrdý materiál. Vedcov potom príjemne prekvapilo, že trojica zlúčenín si zachovala svoje ultratvrdé vlastnosti, keď sa ochladila a vrátila do okolitého tlaku.
Tím sa domnieva, že tento prelomový objav otvára cestu k mnohým možnostiam využitia, vrátane ochranných vrstiev pre vozidlá a vesmírne lode, výkonných rezných nástrojov a fotodetektorov.
„Tieto materiály sú výnimočné nielen svojou multifunkčnosťou, ale ukazujú, že technologicky relevantné fázy možno získať zo syntézy pod tlakom, čo zodpovedá podmienkam nachádzajúcim sa tisíce kilometrov v zemskom vnútre,“ povedal Florian Trybel, odborný asistent na Linköpingskej univerzite. „Pevne veríme, že tento spoločný výskum otvorí nové možnosti v tejto oblasti.“
Hoci zatiaľ nie je jasný rozsah ich schopností, zistilo sa, že nestlačiteľné zlúčeniny nitridu uhlíka majú aj fotoluminiscenciu, piezoelektrickú a vysokú energetickú hustotu, ktorá dokáže uchovávať veľké množstvo energie v malom množstve hmoty.
„Výskum fyzikálnych vlastností ukazuje, že tieto silne kovalentne viazané materiály, ultra nestlačiteľné a super tvrdé, majú aj vysokú hustotu energie, piezoelektrické a fotoluminiscenčné vlastnosti,“ uviedli vedci v štúdii. „Nové uhlíkové nitridy sú unikátne medzi vysokotlakovými materiálmi, pretože sú vyrobené pri tlaku nad 100 GPa a sú obnoviteľné na vzduchu za okolitých podmienok.“
Výskum bol nedávno uverejnený v magazíne Advanced Materials.
