Китайские ученые, экспериментирующие с углеродом, создали стекло, настолько твердое, что оно может поцарапать поверхность алмаза. Прозрачный материал невероятно прочен и обладает способностью действовать как полупроводник, открывая новые возможности в области фотоэлектрической энергии.
Новый материал, получивший название AM-III, имеет некоторые параллели с алмазами, как природными, так и искусственными, в том, что он состоит в основном из атомов углерода. Но если в алмазе атомы и молекулы расположены в идеальной решетчатой структуре, то AM-III имеет более неорганизованную структуру, в которой атомы и молекулы не выровнены, – материал, известный как аморфный.
Типы аморфных материалов или некристаллических твердых тел включают пластмассы, гели и, что наиболее известно, стекло, но последнее не является чем-то, что обычно ассоциируется с большой твердостью или прочностью. Ученые из Университета Яншань в Китае стремились придать эти характеристики стекловидному материалу, экспериментируя с различным расположением атомов и молекул и обращаясь к молекулам углерода в форме футбольного мяча, известным как фуллерены.
Мы видели, как материаловеды изучали фуллерены для разработки воспламеняющихся наночастиц, усовершенствованных солнечных элементов и расширения наших знаний о космосе, и авторы нового исследования обнаружили, что они также могут быть использованы в качестве отправной точки для образования устойчивых аморфных материалов. Фуллерены подвергались растущему нагреву и давлению, в результате чего они дробились и смешивались вместе, а команда осторожно набирала тепло и температуру, пока не был сформирован AM-III.
Новый материал показал твердость 113 ГПа при испытании на твердость по Виккерсу. Мягкая сталь имеет твердость по Виккерсу около 9 ГПа, а алмазы природного происхождения – от 70 до 100 ГПа. Комплексные механические испытания, проведенные командой, показали, что AM-III является самым твердым и прочным аморфным материалом из известных на сегодняшний день, способным поцарапать поверхность алмаза.
Кроме того, было обнаружено, что материал является полупроводниковым с диапазоном запрещенной зоны от 1,5 до 2,2 эВ, аналогично обычно используемому аморфному кремнию. Такое сочетание электронных и механических атрибутов делает AM-III привлекательным предложением для ученых, разрабатывающих фотоэлектрические технологии, которые преобразуют свет в электричество, как в солнечных батареях.