Um novo vidro de diamante feito com fulerenos de carbono

Os pesquisadores usam um pistão multi-bigorna para transformar o fulereno C60 em vidro de diamante, semelhante ao processo de conversão de grafite em diamante em um dispositivo de alta pressão. Crédito: foto de Yingwei Fei

É o vidro mais duro conhecido por ter a maior condutividade térmica entre todos os materiais de vidro.

Yingwei Fei e Lin Wang, da Carnegie University, faziam parte de uma equipe de pesquisa internacional que sintetizou uma nova forma de vidro de carbono ultraduro com uma ampla gama de aplicações práticas em potencial para dispositivos e eletrônicos. É o vidro mais duro conhecido por ter a maior condutividade térmica entre todos os materiais de vidro. Suas descobertas foram publicadas em temperar natureza.

A função segue a forma quando se trata de compreender as propriedades de uma substância. O modo como seus átomos estão quimicamente relacionados uns com os outros e seu arranjo estrutural resultante determinam as qualidades físicas de uma substância – tanto aquelas observáveis ​​a olho nu quanto aquelas apenas reveladas por investigação científica.

O carbono é incomparável em sua capacidade de formar estruturas estáveis ​​- sozinho e em combinação com outros elementos. Algumas formas de carbono são altamente estruturadas, com retículas de cristal repetidas. Outros são mais desordenados, um adjetivo chamado amorfo.

O tipo de ligação que mantém um material à base de carbono unido determina sua dureza. Por exemplo, o grafite macio tem ligações bidimensionais e o diamante duro tem ligações tridimensionais.

“Sintetizar um material de carbono amorfo com ligações tridimensionais tem sido um objetivo de longo prazo”, explicou Fay. “O truque é encontrar o material de partida certo para a transformação com pressão aplicada.”

“Por décadas, os pesquisadores da Carnegie estiveram na vanguarda do campo, usando técnicas de laboratório para gerar pressões extremas para produzir novos materiais ou simular condições encontradas nas profundezas dos planetas”, acrescentou Carnegie Earth e Diretor do Laboratório Planetário Richard Carlson.

Devido ao seu ponto de fusão extremamente alto, é impossível usar o diamante como ponto de partida para a composição do vidro semelhante ao diamante. No entanto, a equipe de pesquisa liderada por Bingbing Liu da Universidade de Jilin e Minguang Yao – um ex-pesquisador visitante da Universidade Carnegie – fez grandes avanços usando uma forma de carbono composta de 60 moléculas dispostas para formar uma esfera oca. Este material ganhador do Prêmio Nobel, informalmente chamado de buckyball, foi aquecido o suficiente para quebrar sua estrutura semelhante a uma bola de futebol e causar estragos antes de transformar o carbono em um diamante cristalino sob pressão.

A equipe usou uma prensa multi-bigorna superdimensionada para fazer o vidro parecido com o diamante. O vidro é grande o suficiente para caracterização. Suas propriedades foram confirmadas usando uma variedade de técnicas avançadas de alta resolução para investigar a estrutura atômica.

“Criar vidro com essas propriedades superiores abrirá a porta para novas aplicações”, explicou Fay. Usar novos materiais de vidro depende da confecção de grandes peças, o que era um desafio no passado. A temperatura relativamente baixa em que fomos capazes de fabricar este novo vidro de diamante ultra-duro torna a produção em massa mais prática. “

Referência: “Carbono amorfo ultraduro do fulereno colapsado” por 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, 24 de novembro de 2021, temperar natureza.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03882-9

Este trabalho foi financiado pelo Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento da China, a Fundação Nacional de Ciências Naturais da China e a Fundação de Pós-doutorado da China.