Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědcům se podařilo syntetizovat novou ultratvrdou formu uhlíkového skla připomínající diamant. Materiál má značný potenciál pro využití v elektronice i dalších zařízeních. Jedná se o vůbec nejtvrdší známé sklo, navíc s nejvyšší tepelnou vodivostí mezi všemi materiály tohoto typu. Výsledky výzkumu byly publikovány v Nature.
Uhlík překonává ostatní prvky svou schopností vytvářet rozsáhlé, různorodé a přitom stabilní vlastní struktury i sloučeniny s jinými prvky. Některé formy uhlíku mají vysoce pravidelné krystalické struktury, jiné jsou amorfní. Unikátní vlastnosti nového materiálu přímo vyplývají z jeho struktury, asi jako je grafit měkký a diamant s vazbami ve 3D naopak (u grafitu mezi jednotlivými rovinami atomů působí pouze slabé van der Waalsovy síly). Cílem nového výzkumu bylo obě struktury zkombinovat – připravit amorfní uhlík (jinak by se materiálu nedalo říkat sklo), v němž by ale současně byly přítomné vazby ve 3D, které by ho v tvrdosti přiblížily diamantu. Základní metodou mělo být vytvoření takového materiálu pomocí vysokého tlaku, šlo ale o to najít vstupní modifikaci/molekulu, které by se pak tlakem požadovaným způsobem transformovaly.
Vzhledem k extrémně vysokému bodu tání nebylo možné jako výchozí materiál zvolit diamant. Výzkumný tým, v jehož čele stáli Bingbing Liu a Mingguang Yao z Jilin University (Ćína), nakonec dosáhl úspěchu díky použití známého buckyballu (fullerenu), tj. molekuly z 60 atomů uhlíku ve tvaru fotbalového míče. Tento materiál se zahřál právě natolik, aby se zhroutila jeho struktura a vznikly potřebné nepravidelnosti (neuspořádanost), následně pak pod tlakem vytvořilo sklo připomínající diamant.
Pomocí velkoobjemového lisu s několika kovadlinami se podařilo vyrobit dostatečně velký kus skla, aby se jeho vlastnosti daly podrobně analyzovat a charakterizovat. Atomová struktura materiálu se zkoumala pomocí řady pokročilých technik s vysokým rozlišením.
Autoři studie uvádějí, že sklo s tak vynikajícími vlastnostmi otevře dveře novým aplikacím. Výhodou je, že se již podařilo připravit dostatečně velké kusy skla a navíc syntéza probíhá při relativně nízké teplotě, proto by mělo být jednodušší i zavedení masové produkce.
Výzkum souvisí rovněž s procesy, které mohou probíhat i v přírodě, hluboko uvnitř planet.
Bingbing Liu, Ultrahard bulk amorphous carbon from collapsed fullerene, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03882-9
Zdroj: Carnegie Institution for Science / Phys.org
Součástí mezinárodní týmu autorů studie byli Yingwei Fei a Lin Wang z Carnegie.
