Gli scienziati hanno risolto un enigma durato decenni e hanno svelato una sostanza quasi indistruttibile che potrebbe rivaleggiare con il diamante come materiale più duro sulla Terra. La ricerca è pubblicata sulla rivista Advanced Materials .
I ricercatori hanno scoperto che quando i precursori del carbonio e dell'azoto venivano sottoposti a calore e pressione estremi, i materiali risultanti, noti come nitruri di carbonio, erano più resistenti del nitruro di boro cubico, il secondo materiale più duro dopo il diamante.
Secondo gli esperti, questa svolta apre le porte a materiali multifunzionali da utilizzare per scopi industriali, tra cui rivestimenti protettivi per automobili e astronavi, utensili da taglio ad alta resistenza, pannelli solari e fotorilevatori.
I ricercatori sui materiali hanno tentato di sbloccare il potenziale dei nitruri di carbonio sin dagli anni '80, quando gli scienziati notarono per la prima volta le loro proprietà eccezionali, inclusa l'elevata resistenza al calore.
Tuttavia, dopo più di tre decenni di ricerca e molteplici tentativi di sintetizzarli, non sono stati riportati risultati credibili.
Ora, un team internazionale di scienziati, guidato da ricercatori del Centro per la scienza in condizioni estreme dell'Università di Edimburgo ed esperti dell'Università di Bayreuth, in Germania, e dell'Università di Linköping, in Svezia, ha finalmente raggiunto una svolta.
Il team ha sottoposto varie forme di precursori dell'azoto carbonioso a pressioni comprese tra 70 e 135 gigapascal, circa 1 milione di volte la nostra pressione atmosferica, riscaldandole a temperature superiori a 1.500°C.
Per identificare la disposizione atomica dei composti in queste condizioni, i campioni sono stati illuminati da un intenso fascio di raggi X presso tre acceleratori di particelle:l'European Synchrotron Research Facility in Francia, il Deutsches Elektronen-Synchrotron in Germania e l'Advanced Photon Source con sede a gli Stati Uniti.
I ricercatori hanno scoperto che tre composti di nitruro di carbonio possiedono gli elementi costitutivi necessari per la superdurezza.
Sorprendentemente, tutti e tre i composti hanno mantenuto le loro qualità simili al diamante quando sono tornati alle condizioni di pressione e temperatura ambiente.
Ulteriori calcoli ed esperimenti suggeriscono che i nuovi materiali contengono proprietà aggiuntive tra cui la fotoluminescenza e l'elevata densità di energia, dove una grande quantità di energia può essere immagazzinata in una piccola quantità di massa.
I ricercatori affermano che le potenziali applicazioni di questi nitruri di carbonio ultra-incomprimibili sono vaste, posizionandoli potenzialmente come materiali ingegneristici definitivi per rivaleggiare con i diamanti.
"Dopo la scoperta del primo di questi nuovi materiali in nitruro di carbonio, eravamo increduli di aver prodotto i materiali che i ricercatori sognavano negli ultimi tre decenni. Questi materiali forniscono un forte incentivo a colmare il divario tra la sintesi dei materiali ad alta pressione e le applicazioni industriali, " afferma la Dott.ssa Dominique Laniel.
"Questi materiali non solo sono eccezionali nella loro multifunzionalità, ma mostrano che fasi tecnologicamente rilevanti possono essere recuperate da una pressione di sintesi equivalente alle condizioni che si trovano a migliaia di chilometri all'interno della Terra. Crediamo fermamente che questa ricerca collaborativa aprirà nuove possibilità sul campo", afferma il Dott. Florian Trybel.
Ulteriori informazioni: Dominique Laniel et al, Sintesi di nitruri di carbonio ultra-incomprimibili e recuperabili con tetraedri CN4, Materiali avanzati (2023). DOI:10.1002/adma.202308030
Informazioni sul giornale: Materiali avanzati
Fornito dall'Università di Edimburgo
