Sintetizzato un nuovo vetro diamantato ultraduro

Yingwei Fei e Lin Wang del Carnegie Earth and Planets Laboratory sono i ricercatori che hanno preso parte al team di ricerca internazionale che ha sintetizzato una nuova forma ultradura di vetro diamantato (vetro al carbonio), con una vasta gamma di potenziali applicazioni pratiche per dispositivi ed elettronica.

È il vetro diamantato  più duro conosciuto, con la più alta conduttività termica tra tutti i materiali di vetro

Il modo in cui i suoi atomi sono chimicamente legati l’uno all’altro e la disposizione strutturale risultante, determina le qualità fisiche di un materiale, sia quelle che sono osservabili ad occhio nudo sia quelle che sono rivelate solo dall’indagine scientifica.

Il carbonio non ha rivali nella sua capacità di formare strutture stabili, da solo e in combinazione con altri elementi. Alcune forme di carbonio sono altamente organizzate, con reticoli cristallini ripetuti. Altri sono più disordinati, una qualità definita amorfa.

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.

‘La sintesi di un materiale di carbonio amorfo con legami tridimensionali è stato un nostro obiettivo da lungo tempo”, ha spiegato Fei.  “Il trucco è trovare il giusto materiale di partenza da trasformare con l’applicazione della pressione”.

“Per decenni i ricercatori del Carnegie sono stati in prima linea, utilizzando tecniche di laboratorio per generare pressioni estreme in grado di produrre nuovi materiali o imitare le condizioni che si trovano nelle profondità dei pianeti”, ha aggiunto Richard Carlson, direttore del Carnegie Earth and Planets Laboratory.

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Grazie al suo punto di fusione estremamente elevato è impossibile utilizzare il diamante come punto di partenza per sintetizzare il vetro con la durezza di un diamante. Tuttavia, il team di ricerca, guidato da Bingbing Liu e Mingguang Yao della Jilin University, un ex studioso in visita al Carnegie, ha scoperto una svolta utilizzando una forma di carbonio composta da 60 molecole disposte in modo da formare una palla cava.

Chiamato informalmente buckyball (Fullerene), questo materiale, la cui scoperta ha consentito di vincere il  premio Nobel, è stato riscaldato quanto basta per far collassare la sua struttura simile a un pallone da calcio per indurre disordine prima di trasformare il carbonio in diamante cristallino sotto pressione.

Il team ha utilizzato una pressa multi-incudine di grandi volumi per sintetizzare il vetro in modo simile al diamante. Il vetro è sufficientemente grande per la caratterizzazione. Le sue proprietà sono state confermate utilizzando una varietà di tecniche avanzate ad alta risoluzione per sondare la struttura atomica.

“La creazione di un vetro con proprietà così superiori aprirà le porte a nuove applicazioni”, ha spiegato Fei. “L’uso di nuovi materiali in vetro dipende dalla realizzazione di pezzi di grandi dimensioni, il che ha rappresentato una sfida in passato”.

“La temperatura relativamente più bassa alla quale siamo stati in grado di sintetizzare questo nuovo vetro diamantato ultraduro rende più pratica la produzione di massa“, ha concluso il ricercatore.