Створено скло, що перевершує алмаз по твердості

Китайські вчені представили нову форму скла, досить міцну, щоб подряпати поверхню алмазу. Але найдивніше, що новий матеріал зберіг напівпровідникові властивості аморфного скла. Це відкриває шлях до гранично міцних фотоелектричним панелям і до електроніки, що витримує екстремальні температури та тиск. Міцність алмаза, як відомо, обумовлена ​​його ідеальною кристалічною структурою. Скло не має впорядкованої структури та особливою міцністю похвалитися не може.

Китайські дослідники змогли підібрати такі режими нагріву і тиску, які надали склу надзвичайну міцність при цьому зберігаються властивості напівпровідника. В основі нового високоміцного скла лежать фулерени — це щось типу графену, згорнутого в подобу футбольного м’яча. Самі по собі фулерени не володіють рекордної твердості, але спечені разом вони виявилися міцнішими алмазу. В процесі звичайного нагріву до високих температур під тиском фулерени розплавляються, і на виході виходить звичайний штучний алмаз — діелектрик, а зовсім не напівпровідник.

Вчені розтягнули процес нагрівання та охолодження зразків на 12 годин кожен, а температурні режими роками підбирали крок за кроком, щоб зберегти фулерени в матеріалі цілими. При нагріванні до 1200° C під тиском 25 ГПа фулерени вдалося зберегти в матеріалі цілими. Новий матеріал отримав назву AM-III. Під мікроскопом такий матеріал виглядає як кристалічна структура, але при подальшому збільшенні представляється неврегульованим скупченням фулеренів. Подібне поєднання зробило його міцніше алмазу. При вимірюванні твердості методом Віккерса матеріал AM-III показав твердість 113 ГПа.

Для порівняння, алмази природного походження мають твердість від 70 до 100 ГПа, а сталь всього 9 ГПа. Стаття про дослідження була опублікована у виданні National Science Review. Ця робота з’явилася завдяки консультаціям з профільними фахівцями зі Швеції, США, Німеччини. Також було виявлено, що матеріал AM-III є напівпровідником з діапазоном забороненої зони від 1,5 до 2,2 еВ, що аналогічно звичайному аморфному кремнію.

Таке поєднання електронних та механічних властивостей робить AM-III привабливим рішенням для фотоелектричних датчиків і сонячних батарей. Нарешті, мікросхеми з такого матеріалу будуть витримувати жахливі робочі температури і тиску, що стане в нагоді для космосу та авіації. Джерело