Neue Diamantbecher aus Carbon Buckyballs

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Es ist das härteste Glas mit der höchsten Wärmeleitfähigkeit aller Glasmaterialien.

Yingwei Fei und Lin Wang von der Carnegie University waren Teil eines internationalen Forschungsteams, das eine neue Form von ultrahartem Kohlenstoffglas mit einem breiten Spektrum möglicher praktischer Anwendungen für Geräte und Elektronik synthetisierte. Es ist das härteste Glas mit der höchsten Wärmeleitfähigkeit aller Glasmaterialien. Ihre Ergebnisse wurden veröffentlicht in Wutanfälle.

Funktion folgt Form im Sinne des Verständnisses der Eigenschaften von Materie. Die chemische Beziehung der Atome zueinander und die daraus resultierende strukturelle Anordnung bestimmen die physikalischen Eigenschaften des Materials – sowohl die mit bloßem Auge beobachtbaren als auch die erst durch wissenschaftliche Untersuchungen aufgedeckten.

Carbon ist unübertroffen in seiner Fähigkeit, stabile Strukturen zu bilden – allein und in Kombination mit anderen Elementen. Einige Kohlenstoffformen sind stark strukturiert, mit einem sich wiederholenden Kristallgitter. Andere sind unregelmäßiger, Adjektive werden amorph genannt.

Die Art der Verbindung, die das kohlenstoffbasierte Material zusammenhält, bestimmt seine Härte. Weicher Graphit hat beispielsweise eine zweidimensionale Bindung und harter Diamant eine dreidimensionale Bindung.

„Die Synthese amorpher Kohlenstoffmaterialien mit dreidimensionalen Bindungen war ein langfristiges Ziel“, erklärt Fay. „Der Trick besteht darin, das richtige Ausgangsmaterial für die Transformation mit Druck zu finden.“

„Seit Jahrzehnten sind Carnegie-Forscher an vorderster Front auf diesem Gebiet tätig und verwenden Labortechniken, um extreme Drücke zu erzeugen, um neue Materialien herzustellen oder Bedingungen tief im Inneren des Planeten zu simulieren“, fügte Richard Carlson, Direktor des Carnegie Earth and Planetary Laboratory, hinzu.

Aufgrund seines sehr hohen Schmelzpunktes ist es nicht möglich, Diamant als Ausgangspunkt für Glaszusammensetzungen wie Diamant zu verwenden. Ein Forschungsteam um Bingbing Liu von der Jilin University und Minguang Yao – ein ehemaliger Gastforscher an der Carnegie University – hat jedoch große Fortschritte mit einer Form von Kohlenstoff gemacht, die aus 60 Molekülen besteht, die zu einer Hohlkugel angeordnet sind. Dieses mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Material, informell Buckyball genannt, wurde genug erhitzt, um seine fußballähnliche Struktur zu zerstören, um verheerende Schäden anzurichten, bevor der Kohlenstoff unter Druck in Kristalldiamanten umgewandelt wird.

Das Team verwendete eine große Multi-Amboss-Presse, um diamantähnliches Glas herzustellen. Das Glas ist groß genug für die Charakterisierung. Seine Eigenschaften wurden mit verschiedenen fortschrittlichen hochauflösenden Techniken zur Untersuchung der Atomstruktur bestätigt.

„Die Herstellung von Glas mit diesen überlegenen Eigenschaften wird die Tür zu neuen Anwendungen öffnen“, erklärt Fay. Die Verwendung des neuen Glasmaterials erfordert die Herstellung großer Teile, was in der Vergangenheit eine Herausforderung war. Die relativ niedrigen Temperaturen, bei denen wir dieses neue ultraharte Diamantglas herstellen konnten, machten die Massenproduktion praktikabler. “

Referensi: „Karbon amorf ultra-keras dari fullerene yang runtuh“ oleh Yuchen Shang, Zhaodong Liu, Jiajun Dong, Mingguang Yao, Zhenxing Yang, Quanjun Li, Chunguang 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. November 2021, Wutanfälle.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03882-9

Diese Arbeit wurde vom National Key Research and Development Program of China, der National Natural Science Foundation of China und der China Postdoctoral Science Foundation finanziell unterstützt.

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