Za normálnych okolností je sklo-amorfná krehká látka pomerne náchylná na praskanie. Chemikom sa však podarilo usporiadať v skle atómy takým spôsobom, že výsledné vlastnosti vzniknutého materiálu môže závidieť aj diamant. Na tému upozornil portál Sciencealert.

Najtvrdší prírodný materiál

„Klasický“ diamant je kubická kryštalická forma uhlíka, výnimočná svojimi vlastnosťami, ako je tvrdosť a vysoká disperzia svetla. Okrem toho poznáme aj lonsdaleit, čo je odlišná forma diamantu kryštalizujúca v hexagonálnej sústave. Ten bol nedávno predmetom štúdie, kde sa ho podarilo vyrobiť v laboratórnych podmienkach pri izbovej teplote.

Mikroštruktúra syntetických uhlíkových materiálov AM-I (A), AM-II(B) a AM-II (D) a diamantového kompozitu AM+ (E) Zhang, et al., National Science Review, 2021

Mechanické vlastnosti materiálu sú často určované spôsobom akým sú spojené jeho stavebné častice. Zatiaľ čo diamant kryštalizuje v kubickej kryštalickej mriežke a jeho atómové väzby majú tvar štvorstenu, sklovité tuhé materiály takéto pravidelne opakujúce sa vzory nemajú.

To znamená, že stavebné častice skla nie sú pravidelne usporiadané a nevytvárajú kryštály (nemájú kryštálovú štruktúru). Sklo teda patrí medzi amorfné látky.

NEPREHLIADNI
Nikdy sme nič takéto ešte nevideli. CERN odhalil úplne nový druh častice

Najtvrdší a najpevnejší amorfný materiál

Nový výskum publikovaný v žurnále National Science Review však tieto predstavy o skle úplne popiera a vytvára nový sklovitý materiál s názvom AM-III, ktorý svojou tvrdosťou môže doslova poškriabať povrchu diamantu. S diamantmi, či už umelými alebo prírodnými, má AM-III tiež veľa spoločného, je totiž tvorený predovšetkým z atómov uhlíka. Okrem uvedeného, materiál pôsobí aj ako polovodič, čo mu otvára dvere do sveta fotovoltaiky, upozorňuje portál NewAtlas.

Porovnanie vlastností jednotlivých materiálov. Zhang, et al., National Science Review, 2021

Tím vedcov z Yanshan University v Číne sa pri svojom výskume zapodieval s rôznymi materiálmi z uhlíka, pričom objavili niekoľko nových zaujímavých materiálov. Tie dostali pomenovanie AM-I, AM-II, AM-III, prešli mnohými testami a ukázali, že všetky sa správajú ako polovodič s elektrickými vlastnosťami podobnými amorfnému kremíku (rozsah šírky zakázaného pásma je 1,5 až 2,2 eV). Z uvedených materiálov vysoko vynikal svojimi mechanickými vlasnosťami AM-III.

AM-III je vyrobený z fullurénu (aj zvyšné 2 materiály pozostávajú z fullurénu), čo sú v podstate sférické molekuly tvorené pospájanými päťuholníkovými a šesťuholníkovými prstencami atómov uhlíka. Fullerény nie sú vo vede o materiáloch žiadna novinka, v minulosti poslúžili k vývoju zápalných nanočastíc, či solárnych článkov. Autori novej štúdie však zistili, že môžu byť použité aj ako „východiskový bod“ pre tvorbu odolných amorfných materiálov.

Svoje teórie sa rozhodli otestovať aj v praxi, fullerény vystavili vysokej teplote a tlaku vďaka čomu došlo k ich rozpadu a vzájomnému zmiešaniu. Vedci potom v podstate metódou pokus-omyl a experimentovaním s rôznym usporiadaním atómov a molekúl vytvorili materiál teraz známy ako AM-III.

Ako sme spomínali, AM-III vyniká svojimi mechanickými vlastnosťami a najmä tvrdosťou. Podľa Vickersovej skúšky tvrdosti dosahuje nový materiál tvrdosť až 113 GPa, zatiaľ čo prírodne vyskytujúce sa diamanty dosahujú tvrdosť „iba“ 70 až 100 GPa. Pre ďalšie porovnanie mäkká oceľ v tomto teste dosahuje približne 9 GPa.

Výsledné komplexné mechanické testovanie ukázalo, že AM-III je doposiaľ najtvrdší a najpevnejší amorfný materiál, o čom svedči aj fakt, že dokáže poškriabať i najtvrdší prírodný materiál.