Совершенно новое алмазное стекло, изготовленное из углеродных бакиболов

Исследователи используют поршень с несколькими наковальнями, чтобы превратить фуллерен C60 в алмазное стекло, аналогично процессу преобразования графита в алмаз в устройстве высокого давления. Предоставлено: фотография Инвэй Фэй.

Это самое твердое стекло, имеющее самую высокую теплопроводность среди всех стеклянных материалов.

Инвэй Фэй и Линь Ван из Университета Карнеги были частью международной исследовательской группы, которая синтезировала новую форму сверхтвердого углеродного стекла с широким спектром потенциальных практических применений для устройств и электроники. Это самое твердое стекло, имеющее самую высокую теплопроводность среди всех стеклянных материалов. Их выводы были опубликованы в закаливать природу.

Когда дело доходит до понимания свойств материи, функция следует форме. То, как его атомы химически связаны друг с другом, и их результирующая структурная организация определяет физические свойства вещества — как те, которые наблюдаются невооруженным глазом, так и те, которые выявляются только научным исследованием.

Углерод не имеет себе равных по своей способности образовывать стабильные структуры — как по отдельности, так и в сочетании с другими элементами. Некоторые формы углерода сильно структурированы, с повторяющейся кристаллической решеткой. Другие более беспорядочные, прилагательное называется аморфным.

Тип связки, которая удерживает углеродный материал вместе, определяет его твердость. Например, мягкий графит имеет двумерные связи, а твердый алмаз имеет трехмерные связи.

«Синтез аморфного углеродного материала с трехмерными связями был долгосрочной целью», — пояснил Фэй. «Уловка состоит в том, чтобы найти правильный исходный материал для трансформации под давлением».

«На протяжении десятилетий исследователи Карнеги были на переднем крае этой области, используя лабораторные методы для создания экстремальных давлений для производства новых материалов или моделирования условий, обнаруженных глубоко в планетах», — добавил Ричард Карлсон, директор лаборатории Земли и планет Карнеги.

Из-за его чрезвычайно высокой температуры плавления невозможно использовать алмаз в качестве отправной точки для состава алмазоподобного стекла. Тем не менее, исследовательская группа во главе с Бинбингом Лю из Университета Цзилинь и Мингуанг Яо, бывшим приглашенным исследователем из Университета Карнеги, достигла больших успехов, используя форму углерода, состоящую из 60 молекул, образующих полую сферу. Этот получивший Нобелевскую премию материал, неофициально называемый бакиболом, был достаточно нагрет, чтобы разрушить его футбольную структуру, чтобы нанести ущерб, прежде чем под давлением превратить углерод в кристаллический алмаз.

Команда использовала негабаритный пресс с несколькими наковальнями, чтобы изготовить алмазоподобное стекло. Стекло достаточно велико для характеристики. Его свойства были подтверждены с использованием множества передовых методов исследования атомной структуры с высоким разрешением.

«Создание стекла с этими превосходными свойствами откроет двери для новых применений», — пояснила Фэй. Использование новых стеклянных материалов предполагает изготовление крупных деталей, что в прошлом было сложной задачей. Относительно низкая температура, при которой мы смогли произвести это новое сверхтвердое алмазное стекло, делает массовое производство более практичным. «

Ссылка: «Сверхтвердый аморфный углерод из схлопнувшегося фуллерена» Юйчэня Шан, Чжаодун Лю, Цзяцзюнь Донга, Мингуан Яо, Чжэньсин Ян, Цюаньцзюнь Ли, Чунгуан Чжай, Фангрен Шэнь, Сююань Хоу, Линь Ван, Няньцян Чжан, Вэй Чжан, Жун. Фу, Цзяньфэн Цзи, Синмин Чжан, Хэ Линь, Инвэй Фэй, Бертил Сундквист, Вэйхуа Ван, Бинбин Лю, 24 ноября 2021 г., закаливать природу.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03882-9

Работа выполнена при финансовой поддержке Национальной программы ключевых исследований и разработок Китая, Национального фонда естественных наук Китая и Китайского фонда постдокторантуры.