Diamantové sklo. Kredit: Yingwei Fei.

Uhlík je velmi flexibilní prvek, který „umí“ mnoho různých struktur s rozmanitými vlastnostmi, od grafenu až po diamant. Některé jsou amorfní, jiné zase perfektně krystalické. Některé formy mají velmi zajímavé vlastnosti, ale zároveň je není snadné vyrobit. Týká se to například diamantového skla.

Yingwei Fei. Kredit: Carnegie Science.

Yingwei Fei z amerického institutu Carnegie Institution for Science a jeho tým to dokázali. Vyrobili ultratvrdé diamantové sklo, které má vysokou tepelnou vodivost a nabízí uplatnění v elektronice. Jak říká Fei, syntéza amorfního uhlíkového materiálu se 3D vazbami, tedy „skla“, je už dlouho v seznamu přání materiálových vědců. Správný trik je podle něj v tom, nalézt vhodný výchozí materiál a ten pak pořádně stlačit.

Pomocí vysokého tlaku za nízké teploty lze z fulleren C60 přeměnit na ultratvrdé diamantové sklo. Kredit: Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Když takový postup zkusíte s grafitem, tak dostanete „obyčejný“ diamant. Samotný diamant vypadá jako vhodný kandidát, ale pro praktické využití ho diskvalifikuje extrémní teplota tání 4 227 °C. Fei a spol. nakonec nalezli správnou odpověď v podobě fullerenu. Tyto roztomilé kulovité struktury z uhlíku nejprve zahřátím zbortili, a pak je důkladně stlačili. Výsledkem jejich snah je diamantové sklo milimetrových velikostí.

Logo. Kredit: Carnegie Science.

Následné analýzy ukázaly, že toto diamantové sklo odolá tlaku 102 gigapascalů. To je vyšší než u přírodního diamantu a o něco nižší než u nedávno syntetizovaného skla AM-III, které odolá tlaku až 113 gigapascalů. Podle badatelů má jejich nový materiál nejvyšší tepelnou vodivost ze všech známých amorfních materiálů. Velkou výhodou je, že materiál lze syntetizovat při teplotě 900 až 1 000 °C, což je v dosahu běžné průmyslové výroby.

Podle Feie vytvoření skla s takovými vlastnostmi otevírá prostor pro celou řadu nových aplikací. Klíčová je v takových případech možnost výroby materiálu ve větších kusech a ve velkém množství. Zmíněná relativně „nízká“ teplota, nezbytná pro syntézu diamantového skla, z něj proto dělá slibného kandidáta pro průmyslovou výrobu.

Video: Yingwei Fei @ AGU 2015

Literatura

New Atlas 24. 11. 2021.

Nature 599: 599–604.