Nové uhlíkové sklo je tak tvrdé, že s ním lze poškrábat diamant  
Podivuhodný materiál AM-III je uhlíkové sklo, průhledné a s amorfní strukturou. Materiáloví vědci ho vytvořili z fullerenů, které vystavili rostoucí teplotě a tlaku. AM-III je momentálně nejtvrdší a nejpevnější amorfní materiál na světě, před nímž se v tvrdosti skloní i přírodní diamanty. Kromě toho je to polovodič, což dává tušit zajímavé aplikace ve fotovoltaice i dalších odvětvích.

 

AM-III a škrábance na přírodním diamantu. Kredit: Zhang et al. (2021).
AM-III a škrábance na přírodním diamantu. Kredit: Zhang et al. (2021).

Když je řeč o skle, tak si obvykle nepředstavíme příliš pevný nebo tvrdý materiál. Výzkum čínských vědců ale tyhle představy převrací na hlavu. Tým čínské Yanshan University si hrál s rozmanitými materiály z uhlíku a přitom objevili pozoruhodný průhledný materiál s řadou unikátních vlastností.

 

Slavný fulleren C60 (buckminsterfulleren). Kredit: IMeowbot / Wikimedia Commons.
Slavný fulleren C60 (buckminsterfulleren). Kredit: IMeowbot / Wikimedia Commons.

Toto uhlíkové sklo je natolik pevné a tvrdé, že poškrábe diamant. Zároveň funguje jako polovodič, což zní velmi slibně například pro fotovoltaiku. Svými elektronickými vlastnostmi je uhlíkové sklo blízké třeba amorfnímu křemíku. Nový materiál nese označení AM-III a stejně jako diamanty jej tvoří atomy uhlíku. Na rozdíl od perfektních krystalů diamantů ale nemá příliš organizovanou strukturu. Uspořádáním se podobná právě sklu.

 

Zařízení pro zkoušku tvrdosti podle Vickerse. Kredit: Tariqabjotu / Wikimedia Commons.
Zařízení pro zkoušku tvrdosti podle Vickerse. Kredit: Tariqabjotu / Wikimedia Commons.
Badatelé své uhlíkové sklo vytvořili z fullerenů, kulovitých molekul z atomů uhlíku. Fullereny už v materiálovém výzkumu posloužily k vývoji vznítitelných nanočástic nebo solárních článků. V tomto případě vědci vystavili fullereny narůstající teplotě a tlaku, čímž došlo k jejich destrukci a smíchání dohromady. Během těchto experimentů vznikl i materiál AM-III.

 

Čínský tým v experimentech se zkouškou tvrdosti podle Vickerse odvodil, že uhlíkové sklo má pevnost 113 GPa. Pro srovnání, měkká ocel má v této zkoušce tvrdost kolem 9 GPa a přírodně se vyskytující diamanty kolem 70 až 100 GPa. Ze souboru experimentů, jimiž vědci ověřovali mechanické vlastnosti uhlíkové skla, vyplynulo, že AM-III nejen dokáže poškrábat diamant, ale ve skutečnosti jde o nejpevnější a nejtvrdší amorfní materiál, se kterým jsme se doposud setkali. Schválně, jestli se dočká nějaké zajímavé praktické aplikace.

 

Literatura

New Atlas 9. 8. 2021.

National Science Review 5. 8. 2021.

Datum: 11.08.2021
Tisk článku

Související články:

Porézní 3D grafen je velmi lehký a přitom desetkrát pevnější než ocel     Autor: Stanislav Mihulka (10.01.2017)
Nová forma uhlíku je tvrdá jako kámen a elastická jako guma     Autor: Stanislav Mihulka (12.06.2017)
Grafenový pancíř je pro kulky tvrdší než diamant     Autor: Stanislav Mihulka (26.12.2017)



Diskuze:

použitelnost

Milan Vnouček,2021-08-13 08:53:58

Pokud si přečtete původní článek tak zkoušeli teploty od 800 do cca 1500 st C a tlak 25GPa což jsou asi tak normální hodnoty na Jupiteru, ale rozhodně né na Zemi. Měnila se jim struktura z hexagonální na kubickou a v jistém mezistupni to pro ně bylo zajímavé. Problém v použitelnosti je jednoduchý - vyrobit toho dost za přijatelnou cenu, a umět to nějak spojit s jiným materiálem.

Odpovědět

Tvrdost je hezká

Pavel Aron,2021-08-12 11:52:58

Tvrdost je hezká ale pro praxi bude důležitá také křehkost. A pak samozřejmě cena.

Odpovědět

do skla

Marian Ritomsk?,2021-08-11 20:29:19

sa dá ryť aj kryštálom

Odpovědět

Jestliže čínské hřebíky z měkké oceli mají tvrdost 7 GPa, bez problémů půjdou zatloukat do Abramsů

Josef Hrncirik,2021-08-11 18:11:59

Odpovědět


Re: Jestliže čínské hřebíky z měkké oceli mají tvrdost 7 GPa, bez problémů půjdou zatloukat do Abramsů

Miroslav Pragl,2021-08-11 18:33:17

A to je tvrdost podle ktereho (Brinell, Vickers, Rockwell ...) panu?
Da se vubec srovnavat s Mohsovou stupnici?

A ma smysl srovnavat tvrdost uhliku s tvrdosti uhliku?!

MP

Odpovědět


Re: Re: Jestliže čínské hřebíky z měkké oceli mají tvrdost 7 GPa, bez problémů půjdou zatloukat do Abramsů

Miroslav Pragl,2021-08-11 18:46:46

(jen ze mekka ocel ma cca 150 HV, coz je cca 1,5 GPa). Takze asi zde dochazi k Babelu

MP

Odpovědět


Re: Re: Re: Jestliže čínské hřebíky z měkké oceli mají tvrdost 7 GPa, bez problémů půjdou zatloukat do Abramsů

Josef Hrncirik,2021-08-11 19:02:14

Bábel tvrdí ve 2. řádku posledního odstavce, že mild steel má pevnost 9 GPa.
Je to normální snaha zastrašit nepřítele a prolomit embarga na dovoz oceli.
Stejně je smetou uhlíkovou daní.

Odpovědět


Re: Re: Jestliže čínské hřebíky z měkké oceli mají tvrdost 7 GPa, bez problémů půjdou zatloukat do Abramsů

Josef Hrncirik,2021-08-11 19:21:08

Borazon je určitě výrazně měkčí démantu. Tvrdost diamantu výrazně závisí na směru, využíváno při jeho opracovávání. Měření tvrdosti diamantu diamantovým hrotem nejspíš pojišťovna již dávno neproplácí.
O lonsdaleite se tvrdívá že je nejtvrdší. Mineralogical simulation predicts lonsdaleite to be 58% harder than diamond on the face, and to resist indentation pressures of 152 GPa, whereas diamond would break at 97 GPa.[10] This is yet exceeded by IIa diamond's tip hardness of 162 GPa.
The extrapolated properties of lonsdaleite have been questioned, particularly its superior hardness, since specimens under crystallographic inspection have not shown a bulk hexagonal lattice structure, but instead a conventional cubic diamond dominated by structural defects that include hexagonal sequences.[11] A quantitative analysis of the X-ray diffraction data of lonsdaleite has shown that about equal amounts of hexagonal and cubic stacking sequences are present. Consequently, it has been suggested that "stacking disordered diamond" is the most accurate structural description of lonsdaleite.[12] On the other hand, recent shock experiments with in situ X-ray diffraction show strong evidence for creation of relatively pure lonsdaleite in dynamic high-pressure environments comparable to meteorite impacts. Hustoty taky nic moc.
Pokud uhlíkové sklo je tvrdší než démant, nutně by mělo mít větší hustotu.
Rozbil se jim pyknometr?

Odpovědět


Re: Re: Re: Jestliže čínské hřebíky z měkké oceli mají tvrdost 7 GPa, bez problémů půjdou zatloukat do Abramsů

František Kroupa,2021-08-11 20:04:03

Když jsme na škole před desítkami let okrajově probírali nauku o materiálu, byl mi nejsympatočtější ruční tvrdoměr Poldi. Pravda, na diamant by použít nešel.

Odpovědět


Re: Re: Re: Jestliže čínské hřebíky z měkké oceli mají tvrdost 7 GPa, bez problémů půjdou zatloukat do Abramsů

Marian Ritomsk?,2021-08-11 20:30:17

Pokud uhlíkové sklo je tvrdší než démant, nutně by mělo mít větší hustotu.

To naozaj? Hustotu akože mernú hmotnosť?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Jestliže čínské hřebíky z měkké oceli mají tvrdost 7 GPa, bez problémů půjdou zatloukat do Abramsů

Josef Hrncirik,2021-08-11 20:55:05

kg/m3 aj Pa.s
Uložení s větší hustotou má i větší hustotu kohezní energie J/m3 = Pa = následně i modul, pevnost a tvrdost.
Simulanti by měli přestat simulovat a začít simulovat. Stejně moduly a pevnosti odhadují z hustoty nasimulované kohezní energie.

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace