Naukowcy zbliżają się do syntezy na skalę przemysłową materiału twardszego niż diament

Badacze z Instytutu Technologicznego Supertwardych i Nowych Materiałów Węglowych w Troicku, MIPT, MISiS, and MSU opracowali nowa metodę syntezy materiału ultra twardego, przewyższającego twardość diamentu. Ostatnio opublikowany artykuł w czasopiśmie Carbon opisuje szczegółowo sposób, który pozwala na syntezę fuleritu,  polimeru składającego się z fulerenów lub sferycznych cząsteczek złożonych z atomów węgla.

Naukowcy zbliżają się do syntezy na skalę przemysłową materiału twardszego niż diament

Rys.1 Struktura fulerenu

Przy swojej pracy naukowcy mieli w pamięci, że diament nie był najtwardszym materiałem już od jakiegoś czasu. Naturalne diamenty mają twardość około 150 GPa, podczas gdy ultra twarde fulerity przekraczają tę wartość wahając się od 150 do 300 GPa. Wszystkie materiały, które są twardsze niż diament, nazywane są ultra twardymi, zaś materiały miększe od diamentu, ale twardsze niż azotek boru super twardymi. Azotek boru, zbudowany z sieci regularnej, jest trzy razy twardszy niż dobrze znany korund.

Fulerity są materiałami zbudowanymi z fulerenów. Z kolei fulereny to cząsteczki węgla w postaci kulek składających się z parzystej liczby atomów. Pierwsze fulereny zostały zsyntetyzowane ponad 20 lat temu,  za co przyznano Nagrodę Nobla. Kulki węgla w fuleritach mogą być rozmieszczone na różne sposoby, a twardość tego materiału w znacznym stopniu zależy od sposobu ich połączenia. W ultra twardym fulericie odkrytym przez pracowników Instytutu Technologicznego Supertwardych i Nowych Materiałów Węglowych (FSBI TISNCM), sześćdziesiąt cząsteczek połączonych jest ze sobą za pomocą wiązań kowalencyjnych we wszystkich kierunkach.

Jednakże, sposoby zapewniające wytwarzanie tych obiecujących materiałów na skalę przemysłową nie są jeszcze dostępne. Ultra twarda forma węgla jest przedmiotem zainteresowania dla specjalistów z zakresu obróbki metali i innych materiałów, gdyż takie narzędzie jest twardsze i bardziej wytrzymałe od dostępnych obecnie.

Synteza fuleritu w dużych ilościach jest trudna ze względu na wysokie ciśnienie wymagane do rozpoczęcia reakcji. Tworzenie polimeru trójwymiarowego rozpoczyna się przy ciśnieniu 13 GPa, a nowoczesne urządzenia nie są w stanie zapewnić takiego nacisku na dużą skalę.

Badacze odkryli, że dodanie dwusiarczku węgla (CS2), do początkowej mieszaniny reagentów przyspiesza syntezę fuleritu. Związek ten otrzymuje się na skalę przemysłową, jest stosowany w różnych przedsiębiorstwach, a technologie wykorzystujące CS2 są dobrze rozwinięte. Przy użyciu CS2, tworzenie super twardego materiału staje się możliwe, nawet jeśli ciśnienie jest niższe i wynosi 8GPa. Ponadto, podczas gdy dotychczasowe wysiłki zsyntetyzowania fuleritu pod ciśnieniem 13 GPa wymagają ogrzewanie do 1100K (ponad 820 stopni Celsjusza), w niniejszym przypadku synteza zachodzi w temperaturze pokojowej.

„Odkrycie opisane w tym artykule stworzy nowy obszar badań w inżynierii materiałowej, ponieważ pozwala na zmniejszenie ciśnienia wymaganego do syntezy i pozwala na produkcję materiału wraz z pochodnymi na skalę przemysłową,” wyjaśnił Michaił Popow, wiodący autor badania i szef laboratorium nanomateriałów funkcjonalnych w FSBI TISNCM.

  1. M. Popov, V. Mordkovich, S. Perfilov, A. Kirichenko, B. Kulnitskiy, I. Perezhogin, V. Blank. Synthesis of ultrahard fullerite with a catalytic 3D polymerization reaction of C60. Carbon, 2014; 76: 250 DOI: 10.1016/j.carbon.2014.04.075
  2. http://www.sciencedaily.com/releases/2014/09/140915102117.htm

Opracowała: Anna Marczewska

Korekta: Magdalena Senderowska

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*