Sposób, w jaki atomy są ze sobą połączone determinuje właściwości fizyczne materiału – zarówno te, które można zaobserwować gołym okiem, jak i te, które ujawniają się dopiero podczas złożonych badań naukowych.
Magiczny węgiel
Węgiel nie ma sobie równych w tworzeniu stabilnych struktur – samodzielnie i w połączeniu z innymi pierwiastkami. Niektóre postaci węgla są zorganizowane, z powtarzającymi się siatkami krystalicznymi, a inne bardziej nieuporządkowane, o strukturze amorficznej.
Czytaj też: Tej cząsteczki poszukiwano od 70 lat. Wreszcie się udało zsyntetyzować krystaliczny nanografen
Co więcej, rodzaj wiązań chemicznych występujących w cząsteczce węglowej, decyduje o jego twardości. Miękki grafit ma dwuwymiarowe wiązania, a twardy diament wiązania trójwymiarowe.
Synteza amorficznego materiału węglowego z trójwymiarowymi wiązaniami jest celem, do którego dążymy od dawna. Sztuką jest znalezienie odpowiedniego materiału wyjściowego, który można przekształcić z zastosowaniem ciśnienia.Yingwei Fei z Carnegie Science
Ze względu na bardzo wysoką temperaturę topnienia, nie można wykorzystać diamentu jako punktu wyjścia do syntezy szkła diamentopodobnego. Zespół badawczy, kierowany przez Bingbing Liu z Uniwersytetu Jilin i Mingguang Yao – byłego stypendystę Carnegie – dokonał przełomu stosując formę węgla składającą się z 60 cząsteczek ułożonych w pustą kulę. Jest to buckminsterfulleren (zwany także buckyball), czyli fuleren C60 o kształcie kulistym.
Od dziesięcioleci naukowcy z Carnegie są w czołówce w tej dziedzinie, wykorzystując techniki laboratoryjne do generowania ekstremalnych ciśnień w celu wytworzenia nowatorskich materiałów lub naśladowania warunków występujących głęboko we wnętrzach planet.Richard Carlson, dyrektor Carnegie Earth and Planets Laboratory
Naukowcy użyli buckminsterfullerena do syntezy szkła diamentopodobnego. Jego właściwości zostały potwierdzone przy użyciu różnych zaawansowanych technik badania struktury atomowej.
Stworzenie szkła o tak doskonałych właściwościach otworzy drzwi do nowych zastosowań. Zastosowanie nowych materiałów szklanych zależy od produkcji dużych kawałków, co w przeszłości stanowiło wyzwanie. Stosunkowo niska temperatura, w której udało nam się zsyntetyzować to nowe ultra twarde szkło diamentowe, sprawia, że masowa produkcja staje się bardziej praktyczna.Yingwei Fei
O szczegółach badań można przeczytać w Nature i na stronie Carnegie Science.