Nejtvrdší látka na světě je sklo. Vědci v Číně vytvořili materiál, který poškrábe diamanty - Euro.cz

Zprávy

Přihlášení

Nejtvrdší látka na světě je sklo. Vědci v Číně vytvořili materiál, který poškrábe diamanty

,
Nejtvrdší látka na světě je sklo. Vědci v Číně vytvořili materiál, který poškrábe diamanty
Zdroj: Zhang, et al., National Science Review, 2021
  • Vědci z univerzity Yanshan vyrobili z uhlíku materiál, který vypadá jako sklo, ale může být až dvakrát tvrdší než některé přírodní diamanty

  • Je polovodivý a využití najde ve fotovoltaice

  • Vyrobili ho zahřátím a rozdrcením fullerenů

„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.

Převrat ve zdánlivě nevýznamné Guinei zahýbal s cenami již tak drahého hliníku. Dostaly se na patnáctiletá maxima

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.

I ocel může být vyráběna ekologicky. Automobilka Volvo s ní už experimentuje

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.