ماده‌ای به سختی الماس با کاربرد‌های صنعتی ساخته شد

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا از نیواطلس، پژوهشگران به سرپرستی دانشگاه ادینبورگ به موفق به ساخت پیش‌ سازهای کربن و نیتروژن شدند. این پیش سازها برای تولید نیتریدهای کربن که سخت‌ تر از نیترید بور مکعبی و دومین ماده سخت پس از الماس است، ضروری اند.

«دومینیک لانیل» (Dominique Laniel) از دانشگاه ادینبورگ گفت: «در حالی اولین مورد از این مواد نیترید کربن جدید کشف شد که ما به تولید موادی که محققان در سه دهه گذشته رویای آن را در سر می‌پرورانند، باور نداشتیم. این مواد انگیزه‌ای قوی برای پر کردن شکاف بین سنتز مواد پرفشار و کاربرد‌های صنعتی ایجاد می‌کنند.

دانشمندان در دهه ۱۹۸۰ به قابلیت‌های نیترید‌های کربن، از جمله مقاومت بالای حرارتی آن‌ها پی بردند، اما ساخت این مواد دشواری‌های خود را داشت. در واقع، تاکنون هیچ مطالعه معتبری در مورد سنتز آن‌ها انجام نشده بود.

این محققان می‌گویند: نیترید‌های کربن دارای چارچوب‌های سه بعدی از چهاروجهی CN۴ یکی از آرزو‌های بزرگ علم مواد هستند.

این گروه به همراه محققان دانشگاه بایروث آلمان و دانشگاه لینشوپینگ سوئد با قراردادن اشکال مختلف پیش ساز‌های نیتروژن کربن در فشار‌های ۷۰ تا ۱۳۵ گیگا پاسکال (یک میلیون برابر فشار اتمسفر) و گرم کردن آن‌ها با دمایی بیش از ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد به این دستاورد رسیدند.

سپس آرایش اتمی این ماده از طریق پرتو اشعه ایکس در مرکز تحقیقات سینکروترون اروپا در فرانسه، مرکز سینکروترون الکترون در آلمان و منبع فوتون پیشرفته در آمریکا مورد بررسی قرار گرفت.

این مطالعات نشان داد سه تا از ترکیبات نیترید کربن سنتز شده دارای ساختار‌های مورد نیاز برای ساخت مواد فوق سخت هستند. این در حالی است وقتی این سه ترکیب خنک شدند در فشار محیط قرار گرفتند، کیفیت فوق العاده سخت خود را حفظ کردند.

محققان بر این عقیده‌اند این پیشرفت راه را برای کاربرد‌های گسترده‌ای از جمله پوشش‌های محافظ برای وسایل نقلیه و فضاپیماها، ابزار‌های برش قدرتمند و آشکارساز‌های نوری هموار می‌کند.

«فلوریان ترایبل» (Florian Trybel) استادیار دانشگاه لینشوپینگ گفت: این مواد نه تنها کاربرد‌های متعددی دارند؛ بلکه نشان می‌دهند می‌توان با معادل سازی فشار‌های اعماق زمین، فاز‌های مرتبط با فناوری را در آزمایشگاه بازیابی کرد. معتقدیم این تحقیقات مشترک فرصت‌های جدیدی را برای این حوزه باز خواهد کرد.

در حالی که هنوز میزان قابلیت‌های ترکیبات نیترید کربن مشخص نیست؛ اما این ترکیبات تراکم ناپذیر، دارای خواص نورتابی، پیزوالکتریک و چگالی انرژی بالا هستند و می‌توانند مقدار زیادی انرژی را در مقدار کمی جرم ذخیره کنند.

محققان می‌گویند: بررسی ویژگی‌های فیزیکی نشان می‌دهد این مواد با پیوند کووالانسی قوی، فوق العاده تراکم ناپذیر و فوق سخت، دارای خواص چگالی انرژی، پیزوالکتریک و فوتولومینسانس هستند. نیترید‌های کربن جدید در بین مواد پرفشار منحصر به فردند، زیرا در فشار بالای ۱۰۰ گیگا پاسکال تولید می‌شوند که در شرایط محیطی در هوا قابل بازیافتند.

نتایج این تحقیقات در نشریه Advanced Materials منتشر شده است.