دستاورد بزرگ دانشمندان بعد از ۴۰ سال تلاش

به نقل از نیو اطلس، بیش از سه دهه طول کشیده است تا دانشمندان به ماده‌ای برسند که شکستن آن تقریبا غیرممکن است و می‌تواند با الماس به عنوان سخت‌ترین ماده روی این سیاره رقابت کند.

یک تیم بین‌المللی به سرپرستی پژوهشگران دانشگاه ادینبرو(Edinburgh) به پیشرفتی خارق‌العاده دست یافته‌اند و پیش‌سازهای کربن و نیتروژن را برای تولید نیتریدهای کربن که سخت‌تر از نیترید بور مکعبی -در حال حاضر دومین ماده سخت پس از الماس - هستند، ترکیب کردند.

دومینیک لانیل از اعضای این تیم پژوهشی گفت: تا کشف این ماده جدید، ما به تولید موادی که محققان در سه دهه گذشته رؤیای آن را در سر می‌پرورانند، باور نداشتیم. این مواد انگیزه‌ای قوی برای پر کردن شکاف بین سنتز مواد پرفشار و کاربردهای صنعتی ایجاد می‌کنند.

در حالی که دانشمندان در دهه ۱۹۸۰ به پتانسیل نیتریدهای کربن از جمله مقاومت بالای حرارتی آنها پی بردند، ایجاد آنها مقدور نبود. در واقع تاکنون هیچ مطالعه معتبری روی تولید و سنتز آنها انجام نشده بود.

محققان در این مطالعه خاطرنشان کردند: نیتریدهای کربن دارای چارچوب‌های سه‌بعدی از چهار وجهی CN4، یکی از آرزوهای بزرگ علم مواد هستند.

این تیم که همچنین شامل کارشناسان مواد از دانشگاه بایروث آلمان و دانشگاه لینشوپینگ سوئد بود، با قرار دادن اشکال مختلف پیش‌سازهای نیتروژن کربن در فشارهای ۷۰ تا ۱۳۵ گیگا پاسکال (یا یک میلیون برابر فشار جو زمین) و به طور همزمان گرم کردن آنها تا دمای بیش از ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد به این موفقیت دست یافتند.

آرایش اتمی این ترکیب سپس از طریق اشعه ایکس در مرکز تحقیقات سنکروترون اروپا در فرانسه، آلمان و منبع فوتون پیشرفته در ایالات متحده مورد بررسی قرار گرفت.

این تجزیه و تحلیل نشان داد که سه نمونه از ترکیبات نیترید کربن سنتز شده دارای ساختارهای مورد نیاز برای پیشرفت مواد فراسخت هستند.

سپس دانشمندان از دیدن اینکه این سه ترکیب وقتی خنک شدند و به فشار محیط بازگشتند، کیفیت فوق‌العاده سخت خود را حفظ کردند، شگفت‌زده شدند.

این تیم بر این باور است که این پیشرفت، راه را برای استفاده‌های متعددی از جمله پوشش‌های محافظ برای وسایل نقلیه و فضاپیماها، ابزارهای برش قدرتمند و آشکارسازهای نوری هموار می‌کند.

فلوریان تریبل، استادیار دانشگاه لینشوپینگ، گفت: این مواد نه تنها در چند کارکرد خود برجسته هستند، بلکه ما به شدت معتقدیم که این تحقیق مشترک، فرصت‌های جدیدی را به روی این حوزه باز خواهد کرد.

در حالی که هنوز میزان توانایی‌های آن مشخص نیست، ترکیبات نیترید کربن تراکم‌ناپذیر نیز دارای نورتابی، پیزوالکتریک و چگالی انرژی بالا هستند و می‌توانند مقدار زیادی انرژی را در مقدار کمی جرم ذخیره کنند.

پژوهشگران در این مطالعه خاطرنشان کردند: بررسی‌های ویژگی‌های فیزیکی این مواد نشان می‌دهد که این مواد با پیوند کووالانسی قوی، فوق‌العاده تراکم‌ناپذیر و فوق سخت، دارای خواص چگالی انرژی، پیزوالکتریک و فوتولومینسانس هستند. نیتریدهای کربن جدید در بین مواد پرفشار منحصر به فرد هستند، زیرا با وجود تولید در فشار بالای ۱۰۰ گیگا پاسکال در شرایط محیطی در هوا قابل بازیافت هستند.

این پژوهش در مجله Advanced Materials منتشر شده است.