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Un cristal de diamante nuevo fabricado con buckyballs de carbono.

Los investigadores utilizan un pistón de múltiples yunques para convertir el fullereno C60 en vidrio de diamante, similar al proceso para convertir grafito en diamante en un dispositivo de alta presión. Crédito: foto de Yingwei Fei

Es el vidrio más duro conocido por tener la conductividad térmica más alta entre todos los materiales de vidrio.

Yingwei Fei y Lin Wang de la Universidad Carnegie formaron parte de un equipo de investigación internacional que sintetizó una nueva forma de vidrio de carbono ultraduro con una amplia gama de posibles aplicaciones prácticas para dispositivos y electrónica. Es el vidrio más duro conocido por tener la conductividad térmica más alta entre todos los materiales de vidrio. Sus hallazgos fueron publicados en naturaleza temperamental.

La función sigue la forma cuando se trata de comprender las propiedades de una sustancia. La forma en que sus átomos se relacionan químicamente entre sí y su disposición estructural resultante determina las cualidades físicas de una sustancia, tanto las observables a simple vista como las reveladas únicamente por la investigación científica.

El carbono no tiene paralelo en su capacidad para formar estructuras estables, solo y en combinación con otros elementos. Algunas formas de carbono están muy estructuradas, con retículas cristalinas repetidas. Otros son más desordenados, un adjetivo llamado amorfo.

El tipo de enlace que mantiene unido un material a base de carbono determina su dureza. Por ejemplo, el grafito blando tiene enlaces bidimensionales y el diamante duro tiene enlaces tridimensionales.

«Sintetizar un material de carbono amorfo con enlaces tridimensionales ha sido un objetivo a largo plazo», explicó Fay. «El truco consiste en encontrar el material de partida adecuado para la transformación aplicando presión».

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«Durante décadas, los investigadores de Carnegie han estado a la vanguardia del campo, utilizando técnicas de laboratorio para generar presiones extremas para producir nuevos materiales o simular las condiciones que se encuentran en las profundidades de los planetas», añadió el director del Laboratorio Planetario y Terrestre de Carnegie, Richard Carlson.

Debido a su punto de fusión extremadamente alto, es imposible utilizar el diamante como punto de partida para la composición del vidrio similar al diamante. Sin embargo, el equipo de investigación dirigido por Bingbing Liu de la Universidad de Jilin y Minguang Yao, un ex investigador visitante de la Universidad Carnegie, ha logrado importantes avances al utilizar una forma de carbono compuesta por 60 moléculas dispuestas para formar una esfera hueca. Este material ganador del Premio Nobel, llamado informalmente buckyball, se ha calentado lo suficiente como para romper su estructura similar a un balón de fútbol y causar estragos antes de convertir el carbono en un diamante cristalino bajo presión.

El equipo utilizó una prensa de varios yunques de gran tamaño para hacer el vidrio con forma de diamante. El vaso es lo suficientemente grande para la caracterización. Sus propiedades se han confirmado utilizando una variedad de técnicas avanzadas de alta resolución para investigar la estructura atómica.

«La creación de vidrio con estas propiedades superiores abrirá la puerta a nuevas aplicaciones», explicó Fay. El uso de nuevos materiales de vidrio se basa en la fabricación de piezas grandes, lo que ha sido un desafío en el pasado. La temperatura relativamente baja a la que pudimos fabricar este nuevo vidrio de diamante ultraduro hace que la producción en masa sea más práctica. «

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Referencia: «Carbón amorfo ultraduro de fullereno colapsado» por Yuchen Shang, Zhaodong Liu, Jiajun Dong, Mingguang Yao, Zhenxing Yang, Quanjun Li, Chunguang Zhai, Fangren Shen, Xuyuan Hou, Lin Wang, Nianqiang Zhang, Wei Zhang, Rong Fu, Jianfeng Ji, Xingmin Zhang, He Lin, Yingwei Fei, Bertil Sundqvist, Weihua Wang, Bingbing Liu, 24 de noviembre de 2021, naturaleza temperamental.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03882-9

Este trabajo fue financiado por el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo de China, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y la Fundación de Ciencias Postdoctorales de China.