Los científicos descubren cómo hacer que el vidrio sea tan duro que incluso puede rayar diamantes
A nivel atómico, el vidrio es un revoltijo de átomos, lo que lo hace fácilmente propenso a distorsionarse y agrietarse. Ahora los químicos han descubierto cómo organizar los átomos en el vidrio para que el material resultante pueda incluso competir con la fuerza de los diamantes.
Un equipo de científicos de materiales de la Universidad de Yanshan en China ha descubierto la proporción crítica de carbono cristalizado y amorfo necesaria para crear vidrio con propiedades notables que no se debiliten bajo una presión intensa.
Las propiedades mecánicas de un material a menudo se reducen a cómo se unen sus bloques de construcción. La notoria dureza del diamante está determinada por los cuatro enlaces que cada uno de sus átomos de carbono establece con sus vecinos. Si bien estos enlaces forman un puente fuerte, tampoco dejan electrones de repuesto para transportar la corriente, lo que convierte al diamante en un aislante.
Los sólidos vidriosos no tienen patrones repetidos, al menos en una escala general. Su estructura general es más o menos lo que se obtiene cuando las partículas de un líquido caen en su lugar después de que la temperatura es lo suficientemente baja.
Sin embargo, dependiendo de los ingredientes constituyentes, los materiales vítreos pueden tener un grado sorprendente de estructura cerrada. Su disposición desordenada también permite una amplia gama de propiedades ópticas y mecánicas que los hace más adecuados para algunas tecnologías.
Los vidrios a base de metal deben combinar las ventajas de ambos, impartiendo un grado de resistencia que los metales cristalinos no tienen, a la vez que son conductores.
Sin embargo, determinar cómo podría verse un estado vítreo del carbono es difícil de predecir basándose únicamente en la teoría.
Por lo tanto, los investigadores de Yanshan experimentaron triturando esferas de átomos de carbono llamadas «buckyballs» bajo una presión intensa de alrededor de 25 gigapascales (poco menos de 250,000 atmósferas), luego cocinando la papilla a temperaturas entre 1,000 y 1,200 grados Celsius (aproximadamente 1,800 a 2,200 grados Fahrenheit). .
Al someter los productos, denominados AM-I, II y III, a una letanía de pruebas, los químicos mapearon cómo los átomos se unían entre sí, demostrando que todos funcionaban como semiconductores a un nivel comparable al del silicio amorfo.
Pero son las propiedades mecánicas del tercer resultado las que realmente se destacan.
El diamante se conoce generalmente como una de las sustancias más duras que se conocen. Una medida común de dureza, llamada Prueba de dureza Vickers, en realidad usa una punta de diamante para sangrar el material. Cuanto más duro es el material, mayor es la fuerza (medida en gigapascales) necesaria para dejar una gran marca.
Raspar otro diamante puede requerir entre 60 y 100 gigapascales, dependiendo de si es natural o cuidadosamente realizado en el laboratorio.
El material vítreo AM-III midió entre 110 y 116 gigapascales en la prueba de dureza Vickers, lo que lo convierte en el sólido amorfo más duro hasta la fecha. Realizar un deslizamiento de la sustancia a lo largo de la cara plana de un diamante natural dejó una marcada línea.
Producir una cantidad suficiente de material para su uso a gran escala en los procesos comerciales sería un gasto que pocas personas pagarían en este momento. Con el tiempo, se podría producir lo suficiente para reemplazar los transistores de silicio utilizados en entornos de alta presión.
Dado lo experimental que fue este desarrollo de vidrio, es posible que se pueda encontrar más triturando y quemando otros alótropos de carbono, como grafeno, en un rango de presiones y temperaturas.
La ciencia de los materiales ha entrado bien en la era del carbono últimamente y ofrece nuevas e ingeniosas formas de implementar las propiedades mecánicas y eléctricas de los átomos de carbono dispuestos de diferentes formas.
Es difícil decir cómo usaremos el AM-III en este momento, pero algún día podría convertirse en el mejor amigo de un ingeniero eléctrico.
Esta investigación fue publicada en Revista científica nacional.
