Een internationale onderzoeksgroep onder leiding van wetenschappers van de Universiteit van Bayreuth heeft een voorheen onbekend materiaal geproduceerd:rheniumnitride pernitride. Dankzij het combineren van eigenschappen die voorheen als onverenigbaar werden beschouwd, het lijkt zeer aantrekkelijk te worden voor technologische toepassingen. Inderdaad, het is een superharde metalen geleider die bestand is tegen extreem hoge drukken zoals een diamant. Een proces dat nu in Bayreuth is ontwikkeld, opent de mogelijkheid om rheniumnitridepernitride en andere technologisch interessante materialen te produceren in voldoende grote hoeveelheden om hun eigenschappen te karakteriseren. De nieuwe bevindingen worden gepresenteerd in Natuurcommunicatie .

De mogelijkheid om een ​​verbinding te vinden die metallisch geleidend was, Super hard, en ultra-onsamendrukbaar werd lang als onwaarschijnlijk beschouwd in de wetenschap. Men geloofde dat deze eigenschappen niet gelijktijdig in hetzelfde materiaal konden voorkomen en daarom onverenigbaar waren. Maar dit vooroordeel is degelijk weerlegd door het nu gepubliceerde onderzoekswerk, die in Hamburg en Bayreuth twee ontwikkelingsstadia heeft doorlopen:

aanvankelijk, de wetenschappers synthetiseerden het rheniumnitridepernitride in hogedrukexperimenten in een laboratorium aan de Universiteit van Bayreuth, en vervolgens gekarakteriseerd chemisch en structureel bij het Duitse Electron Synchrotron (DESY). Onder een compressiedruk van 40 tot 90 gigapascal, kleine hoeveelheden van dit materiaal werden geproduceerd in een diamanten aambeeldcel. Met betrekking tot ₂ (N ₂ )(N) ₂ is de chemische formule. "De kristalstructuur die we ontdekten in de synchrotron-röntgenfaciliteit van Hamburg, PETRA III, heeft ons erg verrast:het bevat zowel enkelvoudige stikstofatomen als de N-N-stikstofhalters, waarin twee stikstofatomen sterk aan elkaar gebonden zijn. Deze interne structuur zorgt uiteraard voor een zeer hoge weerstand tegen druk die van buitenaf op de kristallen inwerkt:Rheniumnitride-pernitride is ultra-incompressibel, " zegt dr. Maxim Bykov, postdoctoraal onderzoeker aan het Bavarian Research Institute of Experimental Geochemistry &Geophysics (BGI) aan de Universiteit van Bayreuth.

Hier bij BGI was het vervolgens mogelijk om het nieuwe materiaal in een grootvolumepers bij een aanzienlijk lagere druk (33 gigapascal) te produceren. "Toepassingen van de grootvolumeperstechnologie voor materiaalsynthese zijn van groot belang voor de materiaalwetenschap, " benadrukt prof. dr. Tomoo Katsura van het Beierse Geo-instituut. De kern van het nieuwe proces is een reactie van rhenium met ammoniumazide. Het op deze manier gesynthetiseerde rheniumnitride-pernitride kan onder omgevingsomstandigheden worden onderzocht. En het proces kan worden gebruikt voor de synthese van andere nitriden, in het bijzonder nitriden van overgangsmetalen, die ook technologisch belangrijke eigenschappen kunnen hebben. Dit onderzoek laat dan ook op voorbeeldige wijze zien welke innovatie er kan komen uit hogedrukonderzoek in de materiaalkunde. "Hoewel het exacte toepassingsgebied van het nieuwe materiaal nog moeilijk te vatten is, de uitzonderlijke combinatie van fysieke eigenschappen maakt rheniumnitride tot een materiaal dat kan helpen de technologische uitdagingen van de toekomst aan te gaan, " legt Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia van het Laboratorium voor Kristallografie aan de Universiteit van Bayreuth uit.

"Wat belangrijk is aan onze nieuwe studie, echter, zijn niet alleen de resultaten als zodanig, of de technologische toepassingen die ooit zouden kunnen ontstaan. Wat vooral opwindend is, is dat de ontwikkeling en synthese van het nieuwe materiaal in tegenspraak is met eerdere opvattingen die stevig verankerd waren in de materiaalwetenschap en deze duidelijk weerlegt. We zijn erin geslaagd iets te doen dat, volgens eerdere voorspellingen, had helemaal niet mogelijk moeten zijn. Dit zou verder theoretisch en experimenteel werk op het gebied van hogedrukmateriaalsynthese moeten stimuleren en aanmoedigen, " legt prof. dr. Leonid Dubrovinsky van het Beierse Geo-instituut uit, die samen met Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia het internationale onderzoekswerk coördineerde.