Исследователи из центра Carnegie Science создали совершенно новый вид сверхтвердого алмазного стекла. Этот материал состоит не из привычного кристаллического алмаза, его основу составляют полностью "разбитые" молекулы фуллерена C60, напоминающие футбольный мяч и называемые еще бакиболами. И, помимо высокой твердости, новое алмазное стекло обладает великолепной теплопроводностью, что может обеспечить его применение в электронике и некоторых других областях.
Углерод является достаточно универсальным материалам, благодаря наличию множества стабильных видов этого материала, отличающихся лишь строением кристаллической решетки, от графита до алмаза. Некоторые формы углерода прозрачны, некоторые имеют аморфную природу, подобно стеклу, а кристаллическая решетка различных форм углерода может простираться как в двух, так и в трех пространственных измерениях.
Однако, синтез некоторых особых форм углерода, таких, как алмазное стекло, является достаточно сложной задачей, решить которую ученым удалось лишь в последние годы. "Синтез аморфного углеродного материала с трехмерной структурой давно уже был одной из целей исследований в области материаловедения" - пишут исследователи, - "Вся проблема заключалась в поисках правильного вида исходного материала, который бы был преобразован в стекло при помощи внешнего давления".
Если приложить высокое давление к графиту, к примеру, то в результате вы получите прозрачный кристалл алмаза. Сами кристаллы алмаза вполне похожи на исходный материал для создания стекла, но их высокая точка плавления, 4 227 градусов Цельсия, делает эту затею если не невозможной, то нецелесообразной с практической точки зрения.
Самым подходящим вариантом для создания алмазного стекла оказался фуллерен, материал, представляющий собой шары из 60 атомов углерода. Ученые разогрели фуллерен до температуры, при которой шары бакиболов распались на беспорядочные части и применили ко всему этому высокое давление. И в результате воздействия давления была получена подобная стеклу форма углерода, части которого имеют размер около миллиметра из-за небольших размеров алмазных наковален, между которыми создавалось давление и формировался материал.
При испытаниях образцов алмазного стекла ученые обнаружили, что его твердость составляет 102 ГПа. Это значение выше твердости алмаза естественного происхождения, но не дотягивает немного до твердости AM-III (113 ГПа), еще одной экзотической формы стекла, синтезированной не очень давно китайскими учеными.
Также ученым удалось измерить коэффициент теплопроводности нового материала, который составил 26 единиц, что является самым высоким показателем среди аналогичных показателей любых других типов известных аморфных материалов. Синтез алмазного стекла проводится при температуре от 900 до 1000 градусов Цельсия, что находится в пределах рабочего диапазона существующего технологического оборудования.
"Создание вида алмазного стекла с таким рядом превосходных свойств откроет массу возможностей для реализации совершенно новых технологий" - пишут исследователи, - "Теперь нам надо разработать технологию синтеза крупных частей нового материала, которая будет подходить для условий массового производства, что само по себе достаточно реально".
