Tvrdší ako diamant

Geometrická štruktúra pentadiamantu, zdroj UnoTs

Diamanty vyrobené výlučne z atómov uhlíka usporiadaných do hustej mriežky sú známe svojou bezkonkurenčnou tvrdosťou. Uhlík však môže tvoriť mnoho ďalších stabilných konfigurácií, ktoré sa nazývajú alotropy. Patrí medzi ne známy grafit, ako aj nanomateriály, ako sú uhlíkové nanorúrky. Mechanické vlastnosti vrátane tvrdosti závisia väčšinou od spôsobu, akým sa atómy navzájom viažu. V konvenčných diamantoch každý atóm uhlíka tvorí kovalentnú väzbu so štyrmi susedmi. Chemici hovoria o hybridizácii sp3. V nanorúrkach a v niektorých ďalších materiáloch tvorí každý uhlík tri väzby, ktoré sa nazývajú hybridizácia sp2.
Vedci z japonskej Tsukubskej univerzity teraz skúmali, čo by sa stalo, keby boli atómy uhlíka usporiadané do zložitejšej štruktúry, a to ako zmes hybridizácie sp3 a sp2. Uhlíkové alotropy s hybridizovanými atómami sp2 a sp3 majú väčšiu morfologickú diverzitu v dôsledku veľkého počtu kombinácií a usporiadaní v sieťach, objasňuje vedúci výskumu Yasumaru Fujii.
Vedci použili počítačové výpočty na navrhnutie nového materiálu na báze uhlíka ešte tvrdšieho ako diamant. Pri výpočte najstabilnejšej atómovej konfigurácie, ako aj pri odhadovaní jej tvrdosti sa vedecký tím spoliehal na metódu nazývanú teória funkcionálu hustoty, ktorá sa zameriava na konečnú hustotu elektrónov v priestore obklopujúcom atómy. Nová štruktúra, ktorú tvorcovia pomenovali pentadiamant, môže byť užitočná na nahradenie súčasných syntetických diamantov. Nielenže je pentadiamant tvrdší ako konvenčný diamant, jeho hustota je oveľa menšia, rovná sa hustote grafitu, vysvetľuje spoluautorka štúdie profesorka Mina Maruyamová.

Zo stránky Phys.org sprcovala BP

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 8/2020. Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.
Komentáre