„Sklo se někdy třpytí víc než diamanty, protože toho musí dokázat více,“ řekl kdysi spisovatel Terry Pratchett. Kdyby ještě žil, určitě by se teď smál, protože vědci z čínské univerzity Yanshan vyvinuli sklovitý materiál, který bez potíží vyškrábne do diamantu pořádnou rýhu. Podle informací publikovaných v časopise National Science Review se jedná o zatím vůbec nejtvrdší materiál na světě.
Jmenuje se AM-III a jedná se o průhledné, lehce nažloutlé, uhlíkové sklo s amorfní strukturou. Výzkumníci ho vytvořili z fullerenů, což jsou molekuly uhlíku s charakteristickým uspořádáním jednotlivých atomů. Ty tvoří vrstvy pěti- či šestiúhelníků s atomy na vrcholech, které jsou uzavřené do kulovité struktury. Vzniklá hmota má ze všech sklovitých materiálů nejvyšší pořadí atomů a molekul. Právě jistý nepořádek, který mezi jednotlivými molekulami panuje, dává AM-III výhodu oproti diamantu, jehož tvrdost stojí na nerozbitné krystalové mřížce.
Aby vědci dosáhli takového počtu a konfigurace molekul, rozdrtili a smíchali fullereny dohromady a pak je vystavili teplotě 1200 °C a tlaku 25 GPa (to jsou podmínky, asi jako kdybyste skočili do jícnu sopky a nad sebou měli čtvrt milionu zemských atmosfér) po dobu dvanácti hodin. Trik je v tom, jak najít správný poměr teploty a tlaku, aby molekuly zůstaly dostatečně neuspořádané a sklo neztratilo své polovodivé vlastnosti, ale zároveň nebyly moc chaotické, aby si udrželo tvrdost. „Naše měření ukazují, že materiál AM-III je pevností srovnatelný s diamantem a lepší než ostatní známé vysokopevnostní materiály,“ uvedli vědci ve své studii.
Solární články i armáda
Výsledkem je materiál s tvrdostí 113 Gpa na Vickersově stupnici. Diamant přitom ve stejném testu dosahuje tvrdosti okolo 50–100 Gpa podle toho, zda je přírodní či syntetický. Během experimentu se měří, jak moc musí diamantový hrot tlačit na materiál, aby do něj udělal otisk. V tomto případě je to ale naopak, sklo snadno poškrábe diamant. Podle vědců dokáže absorbovat energii stejně efektivně jako amorfní polovodiče běžně používané v solárních článcích, typicky hydrogenové křemíkové vrstvy. Nový materiál tak najde využití například ve fotovoltaice. Sklo je dvacetkrát až stokrát tvrdší než jakýkoli běžně používaný materiál, takže se o něj zajímá i armáda i technici. Mohlo by sloužit jako součást nejrůznějších fotoelektrických zařízení včetně zbraní, které musí fungovat i v podmínkách s extrémní teplotou a tlakem.
Vznik tohoto typu ultrapevného, ultraodolného polovodivého materiálu nabízí skvělá řešení pro nejnáročnější praktické aplikace,“ řekl profesor Tian Yongjun s kolegy z Centra pro fyziku vysokého tlaku na Univerzitě Yanshan v přístavním městě Čchin-chuang-tau.
Teď se hledají firmy, které budou AM-III vyrábět ve větším množství pro komerční účely. Vědci doufají, že do budoucna se vyrobí tolik „skla“, že nahradí křemíkové tranzistory v náročných podmínkách. Výzkumníci se také chystají zjistit, co se stane, když budou drtit a spékat jiné formy uhlíku, například grafeny.
ČLÁNKY DO MAILU