재료: 과학자들은 다이아몬드보다 더 단단한 “초경도” 유리를 만듭니다.

과학자들이 천연 다이아몬드보다 훨씬 더 단단한 초경질 유리를 만들었기 때문에 조만간 그 부피가 큰 전화 케이스를 버려야 할 때일 수 있습니다.

알려진 모든 병 중 열전도율이 가장 높은 이른바 탄소 유리는 중국 길림대학이 이끄는 연구원들이 생산했습니다.

그들은 탄소 모양을 닮은 축구공인 “버키볼”을 모루 피스톤에 넣고 극한의 온도와 압력을 가하여 제작했습니다.

예를 들어 아래에 표시된 샘플은 30GPa 및 1598°F에서 형성되었지만 더 낮은 압력과 더 높은 온도에서 생산이 가능했으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

달성된 경도(약 102GPa)는 최근 제조된 AM-III 탄소(113GPa)에 이어 두 번째로 현재 알려진 가장 단단한 유리 중 하나입니다.

알려진 모든 병 중 열전도율이 가장 높은 이른바 탄소 유리는 중국 길림대학이 이끄는 연구원들이 생산했습니다. 사진: 새로운 탄소 유리의 확대된 전자 현미경 이미지

“이러한 우수한 특성을 가진 유리를 만드는 것은 새로운 응용의 문을 열 것입니다”라고 워싱턴에 있는 Carnegie Institution for Science의 논문 저자이자 지구화학자인 Yingwei Fei가 말했습니다.

새로운 유리 재료를 사용하려면 큰 조각을 만들어야 하는데 이는 과거에는 어려웠습니다.

“우리가 이 새로운 초경질 다이아몬드 유리를 제조할 수 있었던 상대적으로 낮은 온도는 대량 생산을 보다 실용적으로 만듭니다.”

탄소는 분자 구조에 따라 다양한 안정한 형태를 취할 수 있습니다. 흑연 및 다이아몬드와 같은 일부는 고도로 구조화된 반면 다른 일부는 구조화되지 않거나 일반 유리와 같이 “비정질”입니다.

각 모양의 강성은 내부 연결에 의해 결정됩니다. 예를 들어 흑연은 평면 육각형 패턴의 고도로 결합된 탄소 원자 층이 있는 2차원 결합 배열을 가지고 있기 때문에 불안정합니다.

한편, 다이아몬드는 링크의 3차원 배열을 특징으로 하여 보다 균일한 경도를 제공합니다.

“3D 결합을 가진 비정질 탄소 재료의 제조는 장기적인 목표였습니다.”라고 Fay 박사는 설명했습니다.

“비법은 압력을 가해 변형을 위한 올바른 출발 물질을 찾는 것입니다.”

7,280°F(4,027°C)의 매우 높은 융점 때문에 다이아몬드를 다이아몬드와 같은 유리를 만들기 위한 출발점으로 사용하는 것은 불가능합니다.

대신 팀은 축구공을 닮은 속이 빈 새장 같은 구조에 배열된 60개의 원자로 구성된 탄소 형태인 Buckminster 풀러렌으로 눈을 돌렸습니다. 이 사실 때문에 “버키볼”이라는 일반적인 이름이 붙었습니다.

버키볼의 발견은 1996년 노벨 화학상을 수상했습니다.

7,280°F(4,027°C)의 매우 높은 융점 때문에 다이아몬드를 다이아몬드와 같은 유리를 만들기 위한 출발점으로 사용하는 것은 불가능합니다. 대신 팀은 60개의 원자로 구성된 탄소 형태인 벅민스터풀러렌(Buckminsterfullerene)으로 눈을 돌렸는데, 이는 축구공처럼 속이 빈 구조로 배열되어 “버키볼”이라는 일반적인 이름을 갖게 되었습니다.

Buckminsterfullerene을 다이아몬드와 같은 탄소 유리로 만들기 위해 연구원들은 초대형 다중 앤빌 피스톤이라고 불리는 버키볼을 압축하고 가열했습니다.

이 과정은 공 모양의 입자를 분해하여 단거리에서 중간 범위의 다이아몬드 모양 배열을 유지하면서 국부적인 교란을 초래했습니다. 생성된 병은 약 1mm로 작았지만 특성화를 위해 충분히 컸습니다.

이러한 발견은 고급 비정질 재료에 대한 우리의 지식과 고압 및 고온 기술에 의한 벌크 비정질 재료의 합성에 기여합니다.

그들은 그 결과가 “비정질 고체에 대한 새로운 응용을 가능하게 할 수 있다”고 덧붙였다.

‘수십 년간’ [our] 카네기 지구 및 행성 연구소 소장인 Richard Carlson은 연구원들이 새로운 재료를 생산하기 위해 극한의 압력을 발생시키는 실험실 기술을 사용하여 이 분야의 최전선에 서 있다고 말했습니다.

연구의 전체 결과는 저널에 게재되었습니다 성질.

과학자들은 실험실에서 어떻게 다이아몬드를 재배합니까?

다이아몬드는 지구의 지각 깊숙이 높은 압력과 온도에서 수백만 년에 걸쳐 형성되기 때문에 높은 가격에 거래됩니다.

그러나 많은 회사들이 현재 전 세계의 실험실에서 보석을 재배하고 있으며 다이아몬드 산업을 불안정하게 만들겠다고 위협하고 있습니다.

작은 “씨앗” 다이아몬드는 이 과정을 위한 발판 역할을 합니다.

과학자들은 공기에서 불순물을 제거하기 위해 먼저 이 씨앗을 진공 챔버에 넣습니다.

연구소에서 만든 보석은 다이아몬드 산업을 뒤흔들 위협이 되며, 현재 전 세계의 많은 회사에서 보석용 보석을 재배하고 있습니다. 이 사진에서 Pure Grown Diamonds의 CEO인 Lisa Bissell은 2015년 뉴욕에서 랩그로운 다이아몬드를 공개하고 있습니다.

그런 다음 그들은 메탄과 수소의 열을 실내에서 섭씨 3,000도(화씨 5,400도)로 변환하여 플라즈마로 알려진 고하전 가스를 형성합니다.

가스는 빠르게 분해되어 다이아몬드 “씨앗”에 모인 메탄에서 탄소 원자를 방출합니다.

이 원자는 자연적으로 탄소 원자로 구성된 유기 다이아몬드의 결정 구조를 복사합니다.

각 인조석은 시간당 약 0.0002인치(0.006mm)의 속도로 자랍니다.