Может ли стекло быть тверже алмаза? Теперь может. Сотрудники Университета Яншань (Китай) и международная группа ученых представили AM-III. Это стекло такой твердости, что царапает алмаз!
Состоит AM-III полностью из углерода. Это прозрачное (относительно) стекло желтоватого цвета, сверхвысокой твердости и прочности, еще и проводит электрический ток.
Как получили AM-III?
Чтобы получить такое стекло, ученые очень медленно нагревали, 12 часов, и очень медленно, 12 часов, охлаждали фуллерен.
- Фуллерен - молекулярная форма углерода, в которой атомы выстроены в форме футбольного мяча. Очень важное открытие для науки, за которое ученые Крото, Смолли и Кёрл, получили Нобелевскую премию по химии в 1996 г.
Так вот, при высоком давлении и нагревании "мячи" передавливаются и смешиваются.
В алмазах очень четкая кристаллическая решетка, атомы выстроены в идеальном порядке, а в стекле беспорядочно. Материал AM-III, по словам ученых - это "стакан" с кристаллами внутри. Оказалось, что сочетание порядка и беспорядка придают веществу очень необычные черты.
Исследователи переживали, что фуллерен может превратится в алмаз, но получилось стекло... Прозрачный (относительно) полупроводник, по свойствам очень похожий на кремний. Кремний применяется сейчас в технологиях очень широко, и в материалах AM видят огромный потенциал в качестве нового оптимального полупроводника для промышленности.
Над этим открытием работала целая группа ученых из Китая, Швеции, США, Германии, и России (Байковский институт металлургии и материаловедения, Москва).
Тверже алмаза
При тестировании на твердость по шкале Виккерса бриллианты показывают от 70 до 100 ГПа (гигапаскалей), новое стекло - 113 ГПа.
AM-III - какое место по твердости на земле?
Всем известна алмазная резка, и что бриллианты - самое твердое вещество на земле. Оставим их на 1 месте, как самое твердое вещество природного происхождения. А если смотреть в целом, углеродное стекло AM-III бьет этот рекорд! Но.... все же не является первым по твердости на Земле.
Самый твердый в мире материал - фуллерит (150-300 ГПа), который тоже производят из фуллерена.
Ему немного уступает эльбор (нитрид бора) (до 114 ГПа)
Углеродное стекло AM-III (до 113 ГПа) может занять 3е место в этом списке.
Что можно сделать из углеродного стекла AM-III?
В мире уже есть множество очень прочных материалов. Но их применяют для поверхностного напыления, и как абразивные материалы. А из AM-III уже можно что-то изготовить.
Стекло AM-III наверняка найдет широкое применение в высоких технологиях и промышленности, и в космической тоже. По словам ученых, это стекло алмаз не заменит, а вот новые элементы для солнечных батарей вполне можно из него сделать, и пуленепробиваемые стекла из него получатся намного прочнее. Из такого стекла можно будет создавать приборы которые смогут работать с экстремальными нагрузками, например, при высоком давлении и температуре.
Да и создавать повседневные предметы из него тоже будет полезно. Наверняка, мобильник в кожухе из такого стекла уже точно не разобьется! В будущем, проверим на собственном опыте, возможно...
✨
По материалам исследований, опубликованных на Oxford academic https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwab140/6342164?searchresult=1#authorNotesSectionTitle
Вам могут понравятся эти статьи и видео на канале: