زجاج ماسي جديد شديد الصلابة تم تصنيعه باستخدام كرات الكربون

إنه أصعب زجاج معروف بأعلى موصلية حرارية بين جميع مواد الزجاج.

كان كل من Yingwei Fei و Lin Wang من Carnegie جزءًا من فريق بحث دولي قام بتصنيع شكل جديد شديد الصلابة من الزجاج الكربوني مع مجموعة من التطبيقات العملية المحتملة للأجهزة والإلكترونيات. إنه أصعب زجاج معروف بأعلى موصلية حرارية بين جميع مواد الزجاج. تم نشر النتائج التي توصلوا إليها في الطبيعة.

تتبع الوظيفة الشكل عندما يتعلق الأمر بفهم خصائص المادة. الطريقة التي ترتبط بها ذراتها كيميائيًا ببعضها البعض ، والترتيب الهيكلي الناتج ، تحدد الصفات المادية للمادة ، سواء تلك التي يمكن ملاحظتها بالعين المجردة وتلك التي يتم الكشف عنها فقط من خلال استطلاعات الرأي العلمية.

الكربون لا مثيل له في قدرته على تكوين هياكل مستقرة ، بمفرده أو بالاشتراك مع عناصر أخرى. بعض أشكال الكربون منظمة للغاية ، مع تكرار المشابك البلورية. البعض الآخر أكثر فوضوية ، صفة تسمى غير متبلور.

يحدد نوع الرابطة التي تربط مادة قائمة على الكربون معًا صلابتها. على سبيل المثال ، يحتوي الجرافيت الناعم على روابط ثنائية الأبعاد والماس الصلب له روابط ثلاثية الأبعاد.

وأوضح فاي أن “تركيب مادة كربونية غير متبلورة مع روابط ثلاثية الأبعاد كان هدفًا طويل الأمد”. “الحيلة هي العثور على مادة البداية المناسبة للمعالجة عن طريق الضغط. “

أضاف ريتشارد كارلسون ، مدير مختبر كارنيجي للأرض والكواكب: “لعقود من الزمان ، كان باحثو كارنيجي في طليعة هذا المجال ، باستخدام تقنيات معملية لتوليد ضغوط شديدة لإنتاج مواد جديدة أو لتقليد الظروف الموجودة في أعماق الكواكب”.

نظرًا لنقطة الانصهار العالية للغاية ، من المستحيل استخدام الماس كنقطة انطلاق لتركيب الزجاج الشبيه بالماس. ومع ذلك ، فإن فريق البحث بقيادة بينج بينج ليو من جامعة جيلين ومينجوانج ياو ، الزميل السابق الزائر من كارنيجي ، حققوا تقدمًا كبيرًا باستخدام شكل من الكربون مكون من 60 جزيءًا مرتبة لتشكيل كرة مجوفة. يشار إليها بشكل غير رسمي باسم كرة بوكي ، وقد تم تسخين هذه المادة الحائزة على جائزة نوبل بدرجة تكفي لانهيار هيكلها الشبيه بكرة القدم وتسبب الفوضى قبل تحويل الكربون إلى ماسة بلورية تحت الضغط.

استخدم الفريق مكبسًا متعدد السندان كبير الحجم لتصنيع الزجاج على شكل الماس. الزجاج كبير بما يكفي للتوصيف. تم تأكيد خصائصه باستخدام تقنيات متقدمة عالية الدقة لفحص البنية الذرية.

وأوضح فاي أن “إنشاء زجاج بهذه الخصائص الفائقة سيفتح الباب أمام تطبيقات جديدة”. يعتمد استخدام مواد زجاجية جديدة على تصنيع أجزاء كبيرة ، وهو ما كان يمثل تحديًا في الماضي. إن درجة الحرارة المنخفضة نسبيًا التي تمكنا عندها من تصنيع هذا الزجاج الماسي الجديد شديد الصلابة يجعل الإنتاج الضخم أكثر ملاءمة.

المرجع: “كربون فائق الصلابة غير متبلور من الفوليرين المنهار” بواسطة Yuchen Shang ، Zhaodong Liu ، Jiajun Dong ، Mingguang Yao ، Zhenxing Yang ، Quanjun Li ، Chunguang Zhai ، Fangren Shen ، Xuyuan Hou ، Lin Wang ، Nianqiang Zhang ، Wei Zhang ، Rong Fu و Jianfeng Ji و Xingmin Zhang و He Lin و Yingwei Fei و Bertil Sundqvist و Weihua Wang و Bingbing Liu ، 24 نوفمبر 2021 ، الطبيعة.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03882-9

تم دعم هذا العمل مالياً من قبل البرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي في الصين ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين ومؤسسة الصين لعلوم ما بعد الدكتوراه.