Kineski znanstvenici stvorili "superdijamant", tvrđi i pet puta otporniji od običnoga
Stručnjaci s Kineske akademije znanosti i Sveučilišta Beihang razvili su dijamantni materijal ojačan ugljikovim nanocijevima koji rješava problem klasični problem krhkosti dijamanta pri jakim udarcima
Dijamant je poznat kao najtvrđi prirodni mineral na Zemlji, no njegova iznimna tvrdoća dolazi uz značajan nedostatak – krhkost. Iako može izdržati habanje i eroziju tijekom iznimno dugih vremenskih razdoblja, snažan udarac može uzrokovati njegovo pucanje ili potpuno raspadanje. Znanstveni tim s Kineske akademije znanosti i Sveučilišta Beihang razvio je novu strukturu usmjerenu upravo na rješavanje te slabosti.
Rezultati njihove studije objavljeni su u znanstvenom časopisu Nature Synthesis i pokazuju da novi materijal na bazi dijamanta postiže otpornost na lom približno pet puta veću u odnosu na monokristalni dijamant, zadržavajući pritom svoju karakterističnu tvrdoću.
Tajna u nanocijevima
Ključ ovog otkrića leži u višeslojnim ugljikovim nanocijevima (multi-walled carbon nanotubes, MWCNT), koje djeluju poput mikroskopskih vlakana utkanih unutar materijala. Znanstvenici su ih isprepleli s dijamantnim zrnima kako bi stvorili heterogenu strukturu sposobnu ojačati najranjivija područja kristalne rešetke. Te strukture imaju izuzetno mali promjer – opisan kao približno deset tisućiti dio debljine ljudske vlasi – ali posjeduju iznimnu čvrstoću.
Integracijom nanocijevi u dijamantnu strukturu, istraživači su uspjeli preusmjeriti pukotine, učinkovitije rasporediti stres te raspršiti dio energije nastale udarcima. Time je spriječeno brzo širenje pukotina kroz materijal. Proizvodnja ovog materijala zahtijeva ekstremne uvjete: dijamantni prah i nanocijevi izloženi su temperaturama od oko 2000 °C i tlaku od oko 15 gigapaskala. Precizno ugađanje tih parametara pri proizvodnji omogućilo je nanocijevima zadržati svoju strukturu i povezati se s dijamantom bez pretvaranja u grafit.
Potencijal primjene u industriji
Dobiveni materijal nudi znatno veću otpornost na lom u usporedbi s klasičnim dijamantom. Prema navodima istraživača, ova kombinacija svojstava mogla bi premašiti čak i žilavost određenih legura volframa koje se trenutno koriste u najzahtjevnijim industrijskim okruženjima.
Ovo otkriće moglo bi imati značajnu primjenu u sektorima poput zrakoplovne industrije. Spoj tvrdoće i žilavosti posebno je vrijedan za komponente i alate izložene intenzivnom naprezanju, visokim temperaturama i ostalim ekstremnim uvjetima, a ujedno otvara prostor za daljnji razvoj supertvrdih materijala i kompozitne keramike, prenose kineski mediji.
