Forskere har fremstillet diamantknusende kulstof

Fodboldmolekylet C-60 spiller hovedrollen i konstruktionen af et kulstof så stærkt, at det giver diamanter skrammer. Forskerne ser muligheder for elektronikbranchen.

Af Mie Stage 28. aug 2012 kl. 14.14

Diamonds are forever - medmindre de kommer i konkurrence med et nyt kulstof, som forskere på Carnegie-instituttet i Washington D.C. har fremstillet. Det har nemlig vist sig så hårdt, at det ridser de ædle stene.

Grundstrukturen i kulstoffet er velkendt. Der er tale om C-60-molekylet, som også kaldes fodboldmolekylet på grund af sin fodboldlignende struktur.

Det er de senere år observeret i rigt omfang i rummet både som gas og i fast form. Molekylet bliver ligeledes kaldt Bucky-kuglen og er sammensat af 60 kulstofatomer i en så symmetrisk gitterstruktur, at det er ekstremt stærkt.

Spitzer fandt fodboldmolekylet i fast form for første gang.(Grafik: Nasa/JPL-Caltech)

Bliver det udsat for tilstrækkeligt pres, må det dog også give op og kollapse, men nu har forskergruppen altså fundet en metode til at undgå, at det kommer til at påvirke modstandsdygtigheden, forklarer de i en videnskabelig artikel i Science.

Metoden, som beskrevet nedenfor, er blevet diskuteret i årevis, og nu har forskerne så prøvet den af.

Læs også: Superlaser sammenpresser diamant til 50 megabar

Fidusen er at tilsætte det organiske opløsningsmiddel metaxylen til massen af kulkugler, så det får en slags hybridstruktur. Normalt er kulstofmolekyler nemlig enten krystalliske eller amorfe (uden form, red.). Men ved at tilføje dette opløsningsmiddel er kulstoffet blevet begge dele.

Som udgangspunkt er C-60 særdeles velordnet i strukturen, men udsat for et pres på over 32 GPa, svarende til et atmosfærisk tryk gange 320.000, bliver ordenen udfordret. Fodboldstrukturen kollapsede, og molekylet blev amorft.

Men så længe, molekylerne opholdt sig i opløsningsmidlet, blev de låst inde på en måde, der ikke ændrede på deres grundlæggende styrke og dermed holdt en velordnet krystallinsk struktur over lange afstande. Materialet kalder de OACC (ordered amorphous carbon clusters).

Forskerne efterprøvede det nye materiale ved at prøve at fordampe opløsningsmidlet efter at have udsat det for det massive pres, og som forventet faldt strukturen fra hinanden, og molekylerne var ødelagt. Metaxylen er altså nødvendigt for at bibeholde molekylernes egenskaber.

Læs også: Nyt superhårdt materiale: Amorfe diamanter

Det fandt forskerne interessant i sig selv, men hvad der viste sig endnu mere interessant, var, at det massive pres, de udsatte kulstoffet for, blev udført med to stykker diamant, som skulle kunne holde til det meste. Efter trykket på op mod 60 GPa var der imidlertid tydelige skrammer at spore på diamanterne.

Om materialet så kan konkurrere med diamanter i industrien, har forskergruppen endnu ikke noget bud på, selv om det har den fordel, at det kan fremstilles i stuetemperatur og ikke kræver de høje produktionstemperaturer, som syntetisk diamant gør.

Dog mener de, at der er interessante muligheder inden for elektronik og mekanik. Forskningslederen Lin Wang understreger, at det er velkendt, at C-60 kan bruges som superleder, hvis det bliver tilsat alkalimetaller.

Lige nu handler det dog om at se nærmere på nyopdagelsen og måske også finde ud af, hvilke materialer man ellers kan frembringe ved at bruge andet end metaxylen i 'massen', før det får et tryk.

Dokumentation

Artikel i Science
Artikel fra Carnegie
Artikel i Physics World

Emner Materialeteknologi Fysik

Kommentarer (1)

Claus Nielsen 9 måneder siden

Diamanter er hårde men ikke så holdbare

Det kritiske spørgsmål her er om diamanterne er ridsede eller revnede.
Diamenter er hårde men kan relativt nemt revne.
Det er ikke usædvanligt at diamanter splintrer i forbindelse med bearbejdning.
Derfor er det også utroligt morsomt at se diverse film, hvor de "beviser" at en smykkesten ikke er en ægte diamant ved at knuse den.

En ridse vil ganske rigtigt indikere at materialet har en hårdhed i nærheden af diamant (nu kan vi jo ikke se eventuelle ridser på C-60 molekylerne da de er smadrede).
En revne er en meget mere mondæn begivenhed.

Der ud over brænder de glimrende, så "diamonds are forever" sloganet har ikke rigtig nogen rod i virkeligheden.