Material cu duritate mai mare decât a diamantelor, sintetizat în condiții de laborator

Autor: Aurelian Mihai 17.04.2020
Material cu duritate mai mare decât a diamantelor, sintetizat în condiții de laborator

Deși sunt materialele cu cu cea mai mare duritate cunoscute în natură, diamantele nu sunt nici pe departe cele tari solide permise de legile fizicii, materiale chiar și de câteva ori mai dure putând fi fabricate în condiții de laborator.

La nivelul fundamental, diamantele nu sunt nimic altceva decât atomi de carbon organizați într-o structură cristalină de tip hexagonal, principala diferență față de banalul grafit folosit la fabricarea creioanelor fiind suprapunerea perfect ordonată a atomilor, a căror structură hexagonală rămâne unitară atât pe axa orizontală dar și pe cea verticală.

Folosind ca fundament tot atomii de carbon, cercetătorii Universității din California, Irvine, și alte instituții anunță obținerea în laborator a uni noi arhitecturi atomice numită  plate-nanolattices. Creată inițial pe calculator, structura transpusă la scară atomică este considerabil mai densă decât modelul hexagonal de formă cilindrică întâlnit la diamantele din natură.

Materialul este sintetizat folosind un procedeu numit two-photon polymerization, implementat cu ajutorul unei versiuni imprimantelor 3D care funcționează la scară atomică. Asamblat atom-cu-atom folosind un sistem de lasere ale căror fascicule sunt focalizate într-o picătură de rășină fotosensibilă, materialul este cu 639% mai dur și 522% mai rigid decât cristalele din diamant.

Concret, rășina altfel transparentă se solidifică atunci când moleculele de polimer sunt lovite simultan de doi fotoni din spectrul ultraviolet. Prin scanarea laserului sau deplasarea materialului în trei dimensiuni, tehnica folosită permite obținerea de aranjamente periodice ale celulelor formate din atomi de carbon, fiecare constând din ansambluri de plăci cu o grosime de 160 nanometri. Una dintre inovațiile care au făcut posibilă obținerea acestui material constă în realizarea unor găuri microscopice care permit evacuarea excesului de rășină din materialul finit.

Etapa finală a procesului de asamblare se face prin piroliză, încălzind materialul la 900 °C în vid, timp de o oră. Rezultatul este o rețea de atomi de carbon organizată în formă de cub, cu aspect sticlos similar diamantului obișnuit, care mult mai rezistentă de cât se credea că ar fi posibil un astfel de material poros.

Din păcate, înainte de a putea vorbi despre diamante sintetice indestructibile și aplicațiile acestora în domeniul industrial, ar trebui găsită o metodă pentru confecționarea acestora la scară mai amplă, actualul proces de asamblare tip atom-cu-atom fiind unul extrem de anevoios și costisitor.

Tags: