Các nhà nghiên cứu sử dụng một piston nhiều lỗ để biến fullerene C60 thành thủy tinh kim cương, tương tự như quy trình chuyển đổi graphite thành kim cương trong một thiết bị áp suất cao. Tín dụng: Ảnh của Yingwei Fei
Đây là loại thủy tinh cứng nhất được biết đến là loại thủy tinh có độ dẫn nhiệt cao nhất trong số tất cả các vật liệu thủy tinh.
Yingwei Fei và Lin Wang thuộc Đại học Carnegie là thành viên của nhóm nghiên cứu quốc tế đã tổng hợp một dạng thủy tinh carbon siêu cứng mới với một loạt các ứng dụng thực tế tiềm năng cho các thiết bị và điện tử. Đây là loại thủy tinh cứng nhất được biết đến là loại thủy tinh có độ dẫn nhiệt cao nhất trong số tất cả các vật liệu thủy tinh. Phát hiện của họ đã được xuất bản trong bản chất nóng nảy.
Chức năng tuân theo hình thức khi hiểu được các thuộc tính của vật chất. Cách các nguyên tử của nó liên quan về mặt hóa học với nhau, và sự sắp xếp cấu trúc kết quả của chúng, quyết định chất lượng vật chất của vật liệu – cả những chất có thể quan sát được bằng mắt thường và những chất chỉ được phát hiện qua nghiên cứu khoa học.
Carbon là vô song ở khả năng hình thành các cấu trúc ổn định – một mình và kết hợp với các nguyên tố khác. Một số dạng cacbon có cấu trúc cao, với các mạng tinh thể lặp lại. Những người khác mất trật tự hơn, một tính từ được gọi là vô định hình.
Loại liên kết giữ vật liệu gốc cacbon với nhau quyết định độ cứng của nó. Ví dụ, than chì mềm có liên kết hai chiều và kim cương cứng có liên kết ba chiều.
Fay giải thích: “Tổng hợp một vật liệu carbon vô định hình với các liên kết ba chiều đã là một mục tiêu lâu dài. “Bí quyết là tìm nguyên liệu ban đầu phù hợp cho quá trình biến đổi khi có áp suất.”
“Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu của Carnegie đã đi đầu trong lĩnh vực này, sử dụng các kỹ thuật trong phòng thí nghiệm để tạo ra áp suất cực lớn nhằm sản xuất vật liệu mới hoặc mô phỏng các điều kiện được tìm thấy sâu trong các hành tinh”, Giám đốc Phòng thí nghiệm Trái đất và Hành tinh Carnegie, Richard Carlson cho biết thêm.
Do có nhiệt độ nóng chảy cực cao nên không thể lấy kim cương làm điểm khởi đầu cho thành phần của thủy tinh giống kim cương. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu do Bingbing Liu của Đại học Cát Lâm và Minguang Yao – một cựu nghiên cứu viên thỉnh giảng tại Đại học Carnegie – dẫn đầu – đã đạt được những tiến bộ lớn bằng cách sử dụng một dạng carbon được tạo thành từ 60 phân tử sắp xếp để tạo thành một hình cầu rỗng. Vật liệu đoạt giải Nobel này, được gọi không chính thức là buckyball, đã được nung nóng đủ để phá vỡ cấu trúc giống như quả bóng đá của nó để tàn phá trước khi biến carbon thành một viên kim cương kết tinh dưới áp lực.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một máy ép nhiều đe quá khổ để tạo ra chiếc kính giống như kim cương. Kính đủ lớn để mô tả đặc tính. Các tính chất của nó đã được xác nhận bằng cách sử dụng nhiều kỹ thuật tiên tiến có độ phân giải cao để khảo sát cấu trúc nguyên tử.
Fay giải thích: “Việc tạo ra kính với những đặc tính ưu việt này sẽ mở ra cánh cửa cho những ứng dụng mới. Sử dụng vật liệu thủy tinh mới dựa vào việc chế tạo các mảnh lớn, vốn là một thách thức trong quá khứ. Nhiệt độ tương đối thấp mà chúng tôi có thể sản xuất loại kính kim cương siêu cứng mới này làm cho việc sản xuất hàng loạt trở nên thiết thực hơn. “
Tham khảo: “Carbon vô định hình siêu cứng từ fullerene bị thu gọn” của Yuchen Shang, Zhaodong Liu, Jiajun Dong, Mingguang Yao, Zhenxing Yang, Quanjun Li, Chunguang Zhai, Fangren Shen, Xuyuan Hou, Lin Wang, Nianqiang Zhang, Wei Zhang, Rong Fu, Jianfeng Ji, Xingmin Zhang, He Lin, Yingwei Fei, Bertil Sundqvist, Weihua Wang, Bingbing Liu, ngày 24 tháng 11 năm 2021, bản chất nóng nảy.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03882-9
Công trình này được hỗ trợ tài chính bởi Chương trình Nghiên cứu và Phát triển Trọng điểm Quốc gia của Trung Quốc, Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc và Quỹ Khoa học Sau Tiến sĩ Trung Quốc.