Onderzoekers van het Moskouse Instituut voor Natuurkunde en Technologie, Technologisch Instituut voor Superharde en Nieuwe Carbon Materialen in Troitsk, MISS, en MSU hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor de synthese van een ultrahard materiaal dat de hardheid van diamant overtreft. Een artikel onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Koolstof beschrijft in detail een methode die de synthese van ultrahard fulleriet mogelijk maakt, een polymeer bestaande uit fullerenen, of bolvormige moleculen gemaakt van koolstofatomen.

In hun werk, de wetenschappers merken op dat diamant al geruime tijd niet het hardste materiaal is. Natuurlijke diamanten hebben een hardheid van bijna 150 GPa, maar ultrahard fulleriet heeft diamant overtroffen om de eerste te worden op de lijst van hardste materialen met waarden die variëren van 150 tot 300 GPa.

Alle materialen die harder zijn dan diamant worden ultraharde materialen genoemd. Materialen die zachter zijn dan diamant maar harder dan boornitride worden superhard genoemd. boornitride, met zijn kubusvormige rooster, is bijna drie keer harder dan het bekende korund.

Fullerieten zijn materialen die bestaan ​​uit fullerenen. In hun beurt, fullerenen zijn koolstofmoleculen in de vorm van bollen bestaande uit 60 atomen. Fullereen werd meer dan 20 jaar geleden voor het eerst gesynthetiseerd, en voor dat werk werd een Nobelprijs toegekend. De koolstofbolletjes binnen fulleriet kunnen op verschillende manieren worden gerangschikt, en de hardheid van het materiaal hangt grotendeels af van hoe onderling verbonden ze zijn. In de ultraharde fulleriet ontdekt door de arbeiders van het Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials (FSBITISNCM), C ₆₀ moleculen zijn onderling verbonden door covalente bindingen in alle richtingen, een materiaalwetenschappers noemen een driedimensionaal polymeer.

Echter, de methoden die de productie van dit veelbelovende materiaal op industriële schaal mogelijk maken, zijn nog niet beschikbaar. praktisch, de superharde koolstofvorm is van primair belang voor specialisten op het gebied van metaal- en andere materiaalverwerking:hoe harder een gereedschap is, hoe langer het werkt, en hoe kwalitatiever de details kunnen worden verwerkt.

Wat het synthetiseren van fulleriet in grote hoeveelheden zo moeilijk maakt, is de hoge druk die nodig is om de reactie te laten beginnen. De vorming van het driedimensionale polymeer begint bij een druk van 13 GPa, of 130, 000 atm. Maar moderne apparatuur kan zo'n druk niet op grote schaal leveren.

De wetenschappers in de huidige studie hebben aangetoond dat het toevoegen van koolstofdisulfide (CS .) ₂ ) aan het aanvankelijke mengsel van reagentia kan de synthese van fulleriet versnellen. Deze stof wordt op industriële schaal gesynthetiseerd, wordt actief gebruikt in verschillende ondernemingen, en de technologieën om ermee te werken zijn goed ontwikkeld. Volgens experimenten, koolstofdisulfide is een eindproduct, maar hier werkt het als een versneller. CS . gebruiken ₂ , de vorming van het waardevolle superharde materiaal wordt mogelijk, zelfs als de druk lager is en 8 GPa bedraagt. In aanvulling, terwijl eerdere pogingen om fulleriet te synthetiseren bij een druk van 13 GPa verwarming tot 1100K (meer dan 820 graden Celsius) vereisten, in het onderhavige geval vindt het plaats bij kamertemperatuur.

"De in dit artikel beschreven ontdekking (de katalytische synthese van ultrahard fulleriet) zal een nieuw onderzoeksgebied in de materiaalwetenschap creëren omdat het de druk die nodig is voor synthese aanzienlijk vermindert en het mogelijk maakt om het materiaal en zijn derivaten op industriële schaal te vervaardigen", legde Michail Popov uit, de leidende auteur van het onderzoek en het hoofd van het laboratorium van functionele nanomaterialen bij FSBI TISNCM.