زجاج ماسي جديد للغاية تم تصنيعه باستخدام كرات بوكي الكربون

يستخدم الباحثون مكبسًا متعدد السندان لتحويل الفوليرين C60 إلى زجاج ماسي ، على غرار عملية تحويل الجرافيت إلى الماس في جهاز الضغط العالي. الائتمان: صورة Yingwei Fei

إنه أصعب زجاج معروف بأعلى موصلية حرارية بين جميع المواد الزجاجية.

كان Yingwei Fei و Lin Wang من جامعة كارنيجي جزءًا من فريق بحث دولي قام بتصنيع شكل جديد من الزجاج الكربوني شديد الصلابة مع مجموعة كبيرة من التطبيقات العملية المحتملة للأجهزة والإلكترونيات. إنه أصعب زجاج معروف بأعلى موصلية حرارية بين جميع المواد الزجاجية. تم نشر النتائج التي توصلوا إليها في طبيعة سجية.

تتبع الوظيفة الشكل عندما يتعلق الأمر بفهم خصائص المادة. كيف ترتبط ذراتها كيميائيًا ببعضها البعض ، وترتيبها الهيكلي الناتج ، يحدد الصفات المادية للمادة – سواء تلك التي يمكن ملاحظتها بالعين المجردة وتلك التي يتم الكشف عنها فقط عن طريق التحقيق العلمي.

إن الكربون لا مثيل له في قدرته على تكوين هياكل مستقرة – بمفرده وبالاقتران مع عناصر أخرى. بعض أشكال الكربون منظمة للغاية ، مع تكرار المشابك البلورية. البعض الآخر أكثر اضطرابًا ، وهي 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.

أوضح فاي أن “تركيب مادة كربون غير متبلورة مع روابط ثلاثية الأبعاد كان هدفًا طويل الأمد”. “الحيلة هي العثور على مادة البداية المناسبة للتحول مع تطبيق الضغط.”

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

بسبب نقطة انصهاره العالية للغاية ، من المستحيل استخدام الماس كنقطة انطلاق لتركيب زجاج يشبه الماس. ومع ذلك ، فإن فريق البحث بقيادة بينغبينج ليو من جامعة جيلين ومينغوانج ياو – وهو باحث زائر سابق في جامعة كارنيجي – حققوا تقدمًا كبيرًا باستخدام شكل من الكربون يتكون من 60 جزيءًا مرتبة لتشكيل كرة مجوفة. تم تسخين هذه المادة الحائزة على جائزة نوبل ، والتي تسمى بشكل غير رسمي كرة بوكي ، بما يكفي لتحطيم هيكلها الشبيه بكرة القدم لإحداث الفوضى قبل تحويل الكربون إلى ماسة بلورية تحت الضغط.

استخدم الفريق مكبسًا متعدد السندان كبير الحجم لتصنيع الزجاج الشبيه بالماس. الزجاج كبير بما يكفي للتوصيف. تم تأكيد خصائصه باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات المتقدمة عالية الدقة لفحص البنية الذرية.

وأوضح فاي: “إن إنشاء زجاج بهذه الخصائص المتفوقة سيفتح الباب أمام تطبيقات جديدة”. يعتمد استخدام مواد زجاجية جديدة على صنع قطع كبيرة ، الأمر الذي شكل تحديًا في الماضي. إن درجة الحرارة المنخفضة نسبيًا التي تمكنا عندها من تصنيع هذا الزجاج الماسي الجديد فائق الصلابة يجعل الإنتاج الضخم أكثر عملية. “

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 ، طبيعة سجية.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03882-9

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