Mokslininkai džiūgauja: sukurta nauja, už deimantą kietesnė anglies forma

Alotropinės atmainos – tos pačios medžiagos skirtingos formos. Grafitas yra viena anglies alotropinė atmaina, deimantas – kita.

„Sukūrėme trečią kietą anglies alotropinę atmainą. Vienintelė vieta natūraliame pasaulyje, kur jos būtų įmanoma rasti – tai kai kurių planetų branduoliuose“, – sakė universiteto Medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius Jay'us Narayanas, įrašytas ir trijų jo bei kolegų darbus aprašančių straipsnių pagrindiniu autoriumi.

Q-anglies charakteristikos yra išties keistos. Visų pirma, ši anglies forma yra feromagnetiška – kitos anglies formos tokios savybės neturi. „Net nemanėme, kad tai apskritai įmanoma“, – sakė J. Narayanas.

Be to, Q-anglis yra kietesnė už deimantą ir švyti net paveikus labai nedideliu energijos kiekiu. „Q-anglies kietumas ir žema sužadinimo energija – medžiagos noras atiduoti savo elektronus – reiškia, kad tai yra labai perspektyvi medžiaga naujų elektroninių ekranų technologijų vystymui“, – sakė medžiagotyros profesorius.

Bet tai – ne vienintelė Q-anglies pritaikymo galimybė: iš jos galima gaminti vieno kristalo deimantinius objektus. Norint suprasti šį procesą visų pirma reikėtų suprasti, kaip gaminama pati Q-anglis. O jos gamybą mokslininkai pradeda nuo substrato – šį vaidmenį gali atlikti safyras, stiklas arba plastiko polimeras.

Substratas padengiamas amorfine anglimi („palaidomis“, aiškios pasikartojančios kristalinės struktūros nesudarančiomis anglies molekulėmis). Anglis paveikiama vienu lazerio impulsu, trunkančiu apie 200 nanosekundžių. Šio impulso metu anglies temperatūra pašoka iki 4000 kelvinų (arba apie 3727 ºC) ir tuomet būna staigiai ataušinama. Kaitinimo procedūra vykdoma vienos atmosferos slėgyje – tokiame, koks yra įprastas jūros lygyje.

Rezultatas – substratą dengianti Q-anglies plėvelė. Mokslininkai šios plėvelės gamybos procesą gali kontroliuoti – jo storis gali kisti nuo 20 iki 500 nanometrų. O koreguojant anglies vėsimo greitį Q-angliesp lėvelėje gali susidaryti ir deimantinės struktūros.

„Galime pagaminti deimantines nano-adatas ir mikro-adatas, nano-taškus arba didelio ploto deimantines plėveles. Šiuos objektus galima taikyti vaistinių junginių pernašai, pramoniniuose procesuose, gaminant aukštos temperatūros jungiklius ir elektronikos komponentus. Deimantiniai objektai pasižymi vieno kristalo struktūra, todėl yra kietesni už analogiškas polikristalines medžiagas. O gamyba vykdoma kambario temperatūroje ir įprastiniame atmosferos slėgyje – iš esmės tereikia tokio lazerio, koks naudojamas akių chirurgijoje. Taigi, ne tik sukuriama naujų medžiagų su plačiomis pritaikymo galimybėmis – pats procesas yra santykinai pigus“, – džiūgavo J. Narayanas.

O Q-anglį paversti deimantu taip pat labai paprasta: tereikia pakartoti poveikio lazeriu ir aušinimo procesą. Bet jeigu jau pati Q-anglis yra kietesnė už deimantą, tai kodėl kas nors gali norėti gaminti deimantinius, o ne Q-anglies nano-taškus? Pradžiai – todėl, kad kol kas mokslininkų žinios apie Q-anglį yra ganėtinai ribotos.

„Galime prisigaminti Q-anglies plėvelių, analizuojame šios anglies savybes, tačiau dar esame tik pradiniame supratimo, kaip ja manipuliuoti, etape. O apie deimantus žinome daug, todėl galime gaminti deimantinius nano-taškus. Kol kas nežinome, kaip pagaminti Q-anglies nano-taškus ar mikro-adatas, šiuo metu bandome tai išsiaiškinti“, – sakė mokslininkų grupės vadovas.