Gelas berlian baru yang dibuat menggunakan buckyballs karbon

Para peneliti menggunakan piston multi-anvil untuk mengubah fullerene C60 menjadi kaca berlian, mirip dengan proses untuk mengubah grafit menjadi berlian dalam perangkat bertekanan tinggi. Kredit: foto Yingwei Fei

Ini adalah kaca paling keras yang diketahui memiliki konduktivitas termal tertinggi di antara semua bahan kaca.

Yingwei Fei dan Lin Wang dari Universitas Carnegie adalah bagian dari tim peneliti internasional yang mensintesis bentuk baru kaca karbon ultra-keras dengan berbagai potensi aplikasi praktis untuk perangkat dan elektronik. Ini adalah kaca paling keras yang diketahui memiliki konduktivitas termal tertinggi di antara semua bahan kaca. Temuan mereka dipublikasikan di sifat pemarah.

Fungsi mengikuti bentuk dalam hal memahami sifat-sifat materi. Bagaimana atom-atomnya secara kimiawi terkait satu sama lain, dan susunan struktural yang dihasilkannya, menentukan kualitas fisik material – baik yang dapat diamati dengan mata telanjang maupun yang hanya diungkapkan oleh penyelidikan ilmiah.

Karbon tidak tertandingi dalam kemampuannya untuk membentuk struktur yang stabil – sendiri dan dalam kombinasi dengan elemen lain. Beberapa bentuk karbon sangat terstruktur, dengan kisi kristal berulang. Lainnya lebih tidak teratur, kata sifat yang disebut amorf.

Jenis ikatan yang menyatukan bahan berbasis karbon menentukan kekerasannya. Misalnya, grafit lunak memiliki ikatan dua dimensi dan berlian keras memiliki ikatan tiga dimensi.

“Mensintesis bahan karbon amorf dengan ikatan tiga dimensi telah menjadi tujuan jangka panjang,” jelas Fay. “Triknya adalah menemukan bahan awal yang tepat untuk transformasi dengan tekanan yang diterapkan.”

“Selama beberapa dekade, para peneliti Carnegie telah berada di garis depan lapangan, menggunakan teknik laboratorium untuk menghasilkan tekanan ekstrim untuk menghasilkan bahan baru atau mensimulasikan kondisi yang ditemukan jauh di dalam planet,” tambah Direktur Laboratorium Bumi dan Planet Carnegie Richard Carlson.

Karena titik lelehnya yang sangat tinggi, tidak mungkin menggunakan berlian sebagai titik awal untuk komposisi kaca seperti berlian. Namun, tim peneliti yang dipimpin oleh Bingbing Liu dari Universitas Jilin dan Minguang Yao – mantan peneliti tamu di Universitas Carnegie – telah membuat kemajuan besar dengan menggunakan bentuk karbon yang terdiri dari 60 molekul yang disusun untuk membentuk bola berongga. Bahan pemenang Hadiah Nobel ini, yang secara informal disebut buckyball, telah dipanaskan cukup untuk menghancurkan strukturnya yang seperti sepak bola untuk mendatangkan malapetaka sebelum mengubah karbon menjadi berlian kristal di bawah tekanan.

Tim menggunakan mesin press multi-anvil berukuran besar untuk membuat kaca seperti berlian. Kacanya cukup besar untuk karakterisasi. Sifatnya telah dikonfirmasi menggunakan berbagai teknik resolusi tinggi canggih untuk menyelidiki struktur atom.

“Menciptakan kaca dengan sifat-sifat unggul ini akan membuka pintu aplikasi baru,” jelas Fay. Menggunakan bahan kaca baru bergantung pada pembuatan potongan besar, yang telah menjadi tantangan di masa lalu. Suhu yang relatif rendah di mana kami dapat memproduksi kaca berlian ultra-keras baru ini membuat produksi massal lebih praktis. “

Referensi: “Karbon amorf ultra-keras dari fullerene yang runtuh” oleh 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 November 2021, sifat pemarah.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03882-9

Pekerjaan ini didukung secara finansial oleh National Key Research and Development Program of China, National Natural Science Foundation of China, dan China Postdoctoral Science Foundation.