탄소 버키볼을 사용하여 만든 새로운 다이아몬드 유리

연구원들은 고압 장치에서 흑연을 다이아몬드로 전환하는 과정과 유사한 다중 앤빌 피스톤을 사용하여 C60 풀러렌을 다이아몬드 유리로 전환합니다. 크레딧: Yingwei Fei의 사진

모든 유리 재료 중 열전도율이 가장 높은 것으로 알려진 가장 단단한 유리입니다.

Carnegie University의 Yingwei Fei와 Lin Wang은 장치 및 전자 제품에 대한 광범위한 잠재적인 실용적인 응용을 가진 새로운 형태의 초경질 탄소 유리를 합성한 국제 연구 팀의 일원이었습니다. 모든 유리 재료 중 열전도율이 가장 높은 것으로 알려진 가장 단단한 유리입니다. 그들의 연구 결과는 성질.

기능은 물질의 속성을 이해할 때 형태를 따릅니다. 원자가 화학적으로 서로 어떻게 관련되어 있고 그 결과 구조적 배열이 물질의 물리적 특성을 결정합니다. 육안으로 관찰할 수 있는 것과 과학적 조사를 통해서만 밝혀진 것 모두입니다.

탄소는 단독으로 또는 다른 요소와 결합하여 안정적인 구조를 형성하는 능력에서 타의 추종을 불허합니다. 탄소의 일부 형태는 반복적인 결정 격자와 함께 고도로 구조화되어 있습니다. 다른 것들은 더 무질서하며, 형용사는 무정형이라고 합니다.

탄소 기반 재료를 결합하는 결합 유형에 따라 경도가 결정됩니다. 예를 들어, 연질 흑연은 2차원 결합을 갖고 경질 다이아몬드는 3차원 결합을 갖는다.

“3차원 결합으로 비정질 탄소 재료를 합성하는 것은 장기적인 목표였습니다.”라고 Fay는 설명했습니다. “비법은 압력을 가해 변형을 위한 올바른 출발 물질을 찾는 것입니다.”

카네기 지구 및 행성 연구소 소장 Richard Carlson은 “수십 년 동안 카네기 연구원들은 새로운 재료를 생산하거나 행성 깊숙한 곳에서 발견되는 조건을 시뮬레이션하기 위해 극한의 압력을 발생시키는 실험실 기술을 사용하여 이 분야의 최전선에 있었습니다.”라고 덧붙였습니다.

융점이 매우 높기 때문에 다이아몬드를 다이아몬드와 같은 유리 구성의 출발점으로 사용하는 것은 불가능합니다. 그러나 Jilin University의 Bingbing Liu와 Carnegie University의 전 방문 연구원인 Minguang Yao가 이끄는 연구팀은 속이 빈 구를 형성하도록 배열된 60개의 분자로 구성된 탄소 형태를 사용하여 큰 발전을 이루었습니다. 비공식적으로 버키볼(Buckyball)이라고 불리는 이 노벨상 수상 소재는 압력을 가해 탄소를 결정질 다이아몬드로 바꾸기 전에 축구공과 같은 구조를 파괴할 정도로 충분히 가열되었습니다.

팀은 다이아몬드와 같은 유리를 만들기 위해 대형 멀티 앤빌 프레스를 사용했습니다. 유리는 특성화를 위해 충분히 큽니다. 그 특성은 원자 구조를 조사하기 위해 다양한 고급 고해상도 기술을 사용하여 확인되었습니다.

“이러한 우수한 특성을 가진 유리를 만드는 것은 새로운 응용 분야의 문을 열 것입니다”라고 Fay는 설명했습니다. 새로운 유리 재료를 사용하려면 큰 조각을 만들어야 하는데 이는 과거에는 어려웠습니다. 이 새로운 초경질 다이아몬드 유리를 제조할 수 있었던 상대적으로 낮은 온도는 대량 생산을 보다 실용적으로 만듭니다. “

참조: Yuchen Shang, Zhaodong Liu, Jiajun Dong, Mingguang Yao, Zhenxing Yang, Quanjun Li, Chunguang Zhai, Fangren Shen, Xuyuan Hou, Lin Wang, Nianqiang Zhang, Wei Zhang, Rong의 “붕괴된 풀러렌의 초경질 비정질 탄소” Fu, Jianfeng Ji, Xingmin Zhang, He Lin, Yingwei Fei, Bertil Sundqvist, Weihua Wang, Bingbing Liu, 2021년 11월 24일, 성질.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03882-9

이 작업은 중국의 국가 핵심 연구 개발 프로그램, 중국의 국가 자연 과학 재단 및 중국 박사후 연구원의 재정 지원을 받았습니다.