Az Edinburgh-i Egyetem kutatóinak sikerült létrehozniuk egy olyan anyagot, amelyet szinte lehetetlen eltörni, és amely a gyémánttal vetekedhet a bolygó legkeményebb anyagaként. Szén és nitrogén prekurzorokat szintetizálva szén-nitridet hoztak létre, amely keményebb, mint a bór-nitrid, így jelenleg a második legkeményebb anyag a gyémánt után.
A Földön a legkeményebb természetes anyag a gyémánt. Emellett más jeles tulajdonságokkal is rendelkezik: a gyémánt mutatja a legmagasabb hővezető-képességet, alacsony a hőtágulása, jó az elektromos ellenállása. Keménysége miatt alig akad versenytársa, ha csiszolni vagy vágni kell más kemény anyagokat. Magas hővezető-képessége miatt a kisméretű, nagy teljesítményű, gyors elektronikai eszközökben a keletkezett hő elvezetésére vetik be. Az ipar növekvő igényét szintetikus, mesterséges gyémánttal elégítik ki. Ennek azonban előnytelen jellemzői akadnak. Például súrlódás közben levegő jelenlétében melegszik fel, hajlamos elbomlani és szén-dioxid-gázzá alakul. A felhevült gyémánt vasban olvad, s nem használható acélvágásra.
Bár a tudósok már az 1980-as években felismerték a szén-nitridekban rejlő gyémánthelyettesítő lehetőségeket, többek között a nagy hőállóságukat, előállításuk eddig meglehetősen nehézkes volt. A kutatók most úgy érték el a bravúrt, hogy a szén-nitrogén prekurzorok különböző formáit 70-135 gigapascal nyomásnak tették ki, miközben egyidejűleg több mint 1500 Celsius-fokra hevítették őket.
Az atomi elrendeződést ezután röntgensugárral vizsgálták a franciaországi Európai Szinkrotronkutató Létesítményben, a németországi Deutsches Elektronen-Synchrotronban és az amerikai Advanced Photon Source-ban. Az elemzés során kiderült, hogy a szintetizált szén-nitritvegyületek közül három rendelkezik az áttörést jelentő szuperkemény anyaghoz szükséges szerkezettel. A tudósok kellemes meglepetésére a vegyületek hármasa megtartotta ultrakemény tulajdonságait, amikor lehűltek és visszatértek a környezeti nyomásra.
A kutatók szerint az áttörés számos felhasználási lehetőség előtt nyitja meg az utat, beleértve a járművek és űrhajók védőbevonatát, a nagy teljesítményű vágószerszámokat és a fotodetektorokat. Bár egyelőre nem tisztázott, hogy milyen mértékűek a képességei, az összenyomhatatlan szén-nitrit vegyületek fotolumineszcenciával, piezoelektromossággal és nagy energiasűrűséggel is rendelkeznek, így kis tömegben nagy mennyiségű energiát képesek tárolni. Ráadásul az újszerű szén-nitridek 100 GPa felett előállítva környezeti körülmények között, levegőn visszanyerhetők.
Forrás: New Atlas
A borítókép illusztráció, forrás: Adobe Stock
