Nyt superhårdt materiale: Amorfe diamanter

Forskere fra Stanford University og Carnegie Institution har fremstillet en ny form for superhårdt kulstof: amorf diamant.

De amorfe diamanter kan modstå et tryk på 70 gigapascal (700.000 atmosfære). Bortset fra 'rigtige' diamanter kan intet andet materiale udsættes for noget tilsvarende.

Amorfe eller glasagtige materialer har ingen krystallinsk struktur, som det eksempelvis gælder for diamant, hvor kulstofatomerne sidder pænt i en pyramidestruktur (tetraeder) i hele krystallen.

Yu Lin placerer glasagtige kugler af kulstof i prøvekammeret, hvor de vil blive sammenpresset til amorfe diamanter. Wendy Mao ser til. Illustration: Linda A. Cicero / Stanford News Service

Krystalstrukturen betyder dog også, at diamanters styrke er forskellig i forskellige retninger, og det kan i visse anvendelser være et problem. Til gengæld er det netop den egenskab, der gør det muligt at slibe diamanter til smykker.

Forskerne tror derfor på, at amorfe diamanter med ens styrke i alle retninger kan finde anvendelse inden for en lang række områder, for eksempel til pakninger i stempler.

Ændringer i atombindinger

Udgangspunktet er glasagtigt kulstof (glassy carbon), der blev opdaget af den britiske opfinder og materialeforsker Bernard Redfern i midten af 1950'erne - et materiale, der bl.a. bruges til elektroder i elektrokemien og til højtemperaturovne.

Forskerne sammenpresser dette materiale med et tryk over 40 gigapascal med en slags diamant-ambolt.

Herved forandres bindingerne mellem kulstofatomerne, og der dannes en struktur, der har diamantagtig hårdhed uden en struktur over store afstande, som det netop er gældende for et amorft materiale.

I kemiens sprog sker der en forandring af bindinger af typen sp2 til typen sp3. Det er eftervist med brug af Raman-røntgenspektroskopi, mens røntgendiffraktion har påvist, at strukturen er ikke-krystallinsk.

Materialet ændrer heller ikke sin ydre form, forklarer forskerne. Er udgangspunktet en kugle, vil materialet også under høje tryk være kuglerundt - den eneste ændring er i bindingerne mellem atomerne.

Kun superhårdt under tryk

Der er dog stadig en lang række problemer, der skal løses, før de amorfe diamanter kan udnyttes i praktiske anvendelser.

Materialet vender eksempelvis tilbage til sin oprindelige glasagtige form, når det ydre tryk fjerne igen.

Wendy Mao vil derfor undersøge, om amorfe diamanter kan fremstilles ved lavere tryk, eller om der kan findes en måde, så man kan bevare den superhårde form skabt under højt tryk, når trykket fjernes igen.

Det udelukker dog ikke, at amorfe diamanter kan udnyttes i pakninger i stempler, hvor man kan have glæde af, at hårdheden af pakningen øges, når trykket øges.

Forskerne har fået deres artikel Amorphous diamond: A high-pressure superhard carbon allotrope accepteret til offentliggørelse i en de kommende udgaver af Physical Review Letters.

Dokumentation

Amorphous diamond: A high-pressure superhard carbon allotrope
Glassy carbon

Emner : Kemi
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

"De amorfe diamanter kan modstå et tryk på 70 gigapascal (700.000 atmosfære). Bortset fra 'rigtige' diamanter kan intet andet materiale udsættes for noget tilsvarende."

Det er vidst ikke helt korrekt. Rheniumdiborid og ACNR skulle da vidst være hårdere end diamant...

  • 0
  • 0

Amorfe diamanter eller DLC er ret velkendt og har eksisteret i mindst 15 år. DLC er amorft kulstof med et meget højt indhold af SP3 hybridiserede bindinger. Status i min tid var at SP3 hybridiseringen stabiliseres af H, men jeg ved ikke om der er kommet nye erkendelser siden. Den gang i det 20 århundrede fremstillede man DLC vha PVD, CVD eller laser ablation. En fordel ved DLC er, at man i en slidsituation kan få dannet et monolag af grafit (SP2 hybridiseret kulstof) der er et suverænt smøremiddel.

Anyway - det er lidt svært at få øje på nyheden, men den ligger sikkert gemt i detaljen et eller andet sted.

  • 0
  • 0

Ja nu kom Kristian mig i forkøbet mht. nyhedsværdi, men jeg havde da et fantastisk studenterjob hos NKT Researchcenter i 1992 med blandt andet fremstilling af DLC ved laserablation.

Herligt at lege med en Nd-YAG laser som studierelevant arbejde og få penge for det samtidig ;-)

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten