Dicembre 1, 2021

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Un nuovissimo bicchiere diamantato realizzato con buckyball in carbonio

I ricercatori utilizzano un pistone multi-incudine per trasformare il fullerene C60 in vetro di diamante, simile al processo per convertire la grafite in diamante in un dispositivo ad alta pressione. Credito: foto di Yingwei Fei

È il vetro più duro noto per avere la più alta conduttività termica tra tutti i materiali di vetro.

Yingwei Fei e Lin Wang della Carnegie University facevano parte di un team di ricerca internazionale che ha sintetizzato una nuova forma di vetro al carbonio ultra duro con un’ampia gamma di potenziali applicazioni pratiche per dispositivi ed elettronica. È il vetro più duro noto per avere la più alta conduttività termica tra tutti i materiali di vetro. I loro risultati sono stati pubblicati in temperamento natura.

La funzione segue la forma quando si tratta di comprendere le proprietà della materia. Il modo in cui i suoi atomi sono chimicamente correlati tra loro, e la loro disposizione strutturale risultante, determina le qualità fisiche del materiale – sia quelle osservabili ad occhio nudo che quelle rivelate solo dall’indagine scientifica.

Il carbonio non ha eguali nella sua capacità di formare strutture stabili – da solo e in combinazione con altri elementi. Alcune forme di carbonio sono altamente strutturate, con reticoli cristallini ripetuti. Altri sono più disordinati, aggettivo chiamato amorfo.

Il tipo di legame che tiene insieme un materiale a base di carbonio determina la sua durezza. Ad esempio, la grafite morbida ha legami bidimensionali e il diamante duro ha legami tridimensionali.

“Sintetizzare un materiale di carbonio amorfo con legami tridimensionali è stato un obiettivo a lungo termine”, ha spiegato Fay. “Il trucco è trovare il giusto materiale di partenza per la trasformazione con la pressione applicata”.

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“Per decenni, i ricercatori di Carnegie sono stati in prima linea nel campo, utilizzando tecniche di laboratorio per generare pressioni estreme per produrre nuovi materiali o simulare condizioni trovate in profondità nei pianeti”, ha aggiunto il direttore del Carnegie Earth and Planetary Laboratory Richard Carlson.

A causa del suo punto di fusione estremamente elevato, è impossibile utilizzare il diamante come punto di partenza per la composizione del vetro simile al diamante. Tuttavia, il team di ricerca guidato da Bingbing Liu della Jilin University e Minguang Yao – un ex ricercatore in visita presso la Carnegie University – ha fatto grandi progressi utilizzando una forma di carbonio composta da 60 molecole disposte a formare una sfera cava. Questo materiale vincitore del premio Nobel, chiamato informalmente buckyball, è stato riscaldato abbastanza da frantumare la sua struttura simile a un pallone da calcio per provocare il caos prima di trasformare il carbonio in un diamante cristallino sotto pressione.

Il team ha utilizzato una pressa multi-incudine di grandi dimensioni per realizzare il vetro simile al diamante. Il vetro è abbastanza grande per la caratterizzazione. Le sue proprietà sono state confermate utilizzando una varietà di tecniche avanzate ad alta risoluzione per studiare la struttura atomica.

“La creazione di vetro con queste proprietà superiori aprirà le porte a nuove applicazioni”, ha spiegato Fay. L’utilizzo di nuovi materiali in vetro si basa sulla realizzazione di pezzi di grandi dimensioni, che in passato rappresentava una sfida. La temperatura relativamente bassa alla quale siamo stati in grado di produrre questo nuovo vetro diamantato ultra duro rende più pratica la produzione di massa. “

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Riferimento: “Carbonio amorfo ultra-duro da fullerene collassato” di Yuchen Shang, Zhaodong Liu, Jiajun Dong, Mingguang Yao, Zhenxing Yang, Quanjun Li, Chunguan Zhai, Fangren Shen, Xuyuan Hou, Lin Wang, Nianqiang Zhang, Wei Zhang, Rong Fu, Jianfeng Ji, Xingmin Zhang, He Lin, Yingwei Fei, Bertil Sundqvist, Weihua Wang, Bingbing Liu, 24 novembre 2021, temperamento natura.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03882-9

Questo lavoro è stato sostenuto finanziariamente dal National Key Research and Development Program of China, dalla National Natural Science Foundation of China e dalla China Postdoctoral Science Foundation.