Ricercatori dell'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca, Istituto tecnologico per materiali di carbonio superduri e nuovi a Troitsk, MISiS, e MSU hanno sviluppato un nuovo metodo per la sintesi di un materiale ultraduro che supera il diamante in durezza. Un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Carbonio descrive in dettaglio un metodo che consente la sintesi di fullerite ultradura, un polimero composto da fullereni, o molecole sferiche fatte di atomi di carbonio.

Nel loro lavoro, gli scienziati notano che il diamante non è da tempo il materiale più duro. I diamanti naturali hanno una durezza di quasi 150 GPa, ma la fullerite ultradura ha superato il diamante per diventare il primo nella lista dei materiali più duri con valori che vanno da 150 a 300 GPa.

Tutti i materiali più duri del diamante sono chiamati materiali ultra duri. I materiali più morbidi del diamante ma più duri del nitruro di boro sono definiti superduri. nitruro di boro, con il suo reticolo cubico, è quasi tre volte più duro del noto corindone.

I fulleriti sono materiali costituiti da fullereni. A loro volta, i fullereni sono molecole di carbonio sotto forma di sfere composte da 60 atomi. Il fullerene è stato sintetizzato per la prima volta più di 20 anni fa, e un premio Nobel è stato assegnato per quel lavoro. Le sfere di carbonio all'interno della fullerite possono essere disposte in modi diversi, e la durezza del materiale dipende in gran parte da quanto sono interconnessi. Nella fullerite ultradura scoperta dai lavoratori del Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials (FSBITISNCM), C ₆₀ le molecole sono interconnesse da legami covalenti in tutte le direzioni, un materiale gli scienziati chiamano un polimero tridimensionale.

Però, i metodi per la produzione di questo promettente materiale su scala industriale non sono ancora disponibili. In pratica, la forma del carbonio superduro è di primario interesse per gli specialisti nel campo della lavorazione dei metalli e di altri materiali:più un utensile è duro, più a lungo funziona, e più qualitativamente i dettagli possono essere elaborati.

Ciò che rende così difficile sintetizzare la fullerite in grandi quantità è l'alta pressione richiesta per l'inizio della reazione. La formazione del polimero tridimensionale inizia ad una pressione di 13 GPa, o 130, 000 atm. Ma le moderne attrezzature non possono fornire una tale pressione su larga scala.

Gli scienziati nell'attuale studio hanno dimostrato che l'aggiunta di disolfuro di carbonio (CS ₂ ) alla miscela iniziale di reagenti può accelerare la sintesi della fullerite. Questa sostanza è sintetizzata su scala industriale, è attivamente utilizzato in varie imprese, e le tecnologie per lavorare con esso sono ben sviluppate. Secondo esperimenti, il disolfuro di carbonio è un prodotto finale, ma qui funge da acceleratore. Utilizzo di CS ₂ , la formazione del pregiato materiale superduro diventa possibile anche se la pressione è inferiore e ammonta a 8GPa. Inoltre, mentre i precedenti sforzi per sintetizzare la fullerite a una pressione di 13 GPa richiedevano un riscaldamento fino a 1100 K (più di 820 gradi Celsius), nel caso in esame avviene a temperatura ambiente.

"La scoperta descritta in questo articolo (la sintesi catalitica della fullerite ultradura) creerà una nuova area di ricerca nella scienza dei materiali perché riduce sostanzialmente la pressione richiesta per la sintesi e consente la produzione del materiale e dei suoi derivati ​​su scala industriale", ha spiegato Mikhail Popov, l'autore principale della ricerca e il capo del laboratorio di nanomateriali funzionali presso FSBI TISNCM.