NIEUW SUPERIEUR MATERIAAL: Zo hard als diamant, maar veelzijdiger
Zo hard als diamanten, maar veelzijdiger
Breking: Een goede slijpvorm geeft diamanten prismatische mogelijkheden
Bron: Getty Images/William Whitehurst/The Image Bank RF
Tientallen jaren geleden voorspelden wetenschappers dat sommige verbindingen gemaakt van koolstof en stikstof net zo hard zouden kunnen zijn als diamanten – of zelfs sterker. Nu is het mogelijk geworden om zo’n wondermiddel in het laboratorium te produceren.
FBriljante diamanten fascineren veel mensen en vertegenwoordigen rijkdom en eeuwigheid als geen andere edelsteen. Iedereen die een diamant als kerstcadeau geeft, wil eeuwige liefde beloofd krijgen.
Het gebruik van deze kristallen gemaakt van koolstofatomen in technologie en wetenschap is minder romantisch. Vanwege de bijzondere mechanische, thermische en optische eigenschappen is diamant een gewild materiaal.
Vanwege de extreme hardheid worden diamanten bijvoorbeeld gebruikt als schuurmiddel of om boren te coaten. Voor deze toepassingen worden echter synthetisch geproduceerde diamanten gebruikt, die niet geschikt zijn als sieraadstenen, maar veel goedkoper zijn dan natuurlijke diamanten.
In 1989 voorspelden wetenschappers in het tijdschrift Science het bestaan van een verbinding van koolstof en stikstof met de samenstelling C3N4 Het kan zelfs de hardheid van diamant overschrijden. Wetenschappers van Universiteit van Bayreuth En de Universiteit van Edinburgh Het is er nu in geslaagd koolstofnitride te produceren en de fysische eigenschappen ervan te meten. In het tijdschrift Advanced Materials meldden ze dat dit materiaal eigenlijk zo hard is als diamant.
Toepassingen in elektronica en optica
De onderzoekers ontdekten verschillende koolstof-stikstofvoorlopers voor hoge drukken tussen 70 en 135 gigapascal (GPa) in diamanten aambeeldcellen. Ter vergelijking: 100 GPa komt overeen met een miljoen maal de atmosferische druk. Daarnaast werd het materiaal verwarmd tot ruim 1700 graden Celsius.
Deze doorbraak belooft technologische vooruitgang, van elektronica tot optica. Koolstofnitride is niet alleen hard en transparant zoals diamant. Het is tevens een halfgeleider en daardoor geschikt voor het bouwen van microchips en sensoren. Ze zijn lichtgevend en piëzo-elektrisch, wat betekent dat ze op druk reageren door een elektrische spanning op te wekken.
Het heeft zogenaamde niet-lineaire optische eigenschappen, wat het interessant maakt voor diverse toepassingen op het gebied van lasers en kwantumtechnologie. In deze context betekent “niet-lineair” dat de brekingsindex, absorptie en reflectie onafhankelijk kunnen zijn van de optische kracht.
Op maat gemaakte functies
“Koolstofnitriden zullen naar verwachting naast hun mechanische eigenschappen ook veel uitzonderlijke functionaliteiten hebben en het potentieel hebben om technische materialen te zijn in dezelfde klasse als diamanten. In tegenstelling tot diamanten kunnen ze echter gemakkelijker verrijkt worden met andere atomen, wat altijd het geval is.” een probleem met diamantelektronica”, zegt professor Natalia Dobrovinskaya van de Universiteit van Californië. Kristallografisch laboratorium aan de Universiteit van Bayreuth, hoofdauteur van het onderzoekspaper.
Door te verrijken (“Een geschenk“) Met exotische materialen kunnen de fysische eigenschappen van het halfgeleiderkoolstofnitride specifiek voor de technische toepassing in kwestie worden gewijzigd en geoptimaliseerd. We kunnen dus zeggen dat het nieuwe materiaal alles kan wat diamant kan, en meer. Bayreuth-wetenschappers verwachten koolstofnitride een breed scala aan potentiële toepassingen te hebben op het gebied van energie, milieu en ruimtevaarttechnologie.
De hoeveelheid nieuw materiaal zal echter waarschijnlijk niet in karaat worden gemeten. Oorspronkelijk werd het gewicht van een gedroogd johannesbroodzaad beschreven als één karaat. Deze eenheid werd in de Middeleeuwen gebruikt om drie gerstkorrels of vier tarwekorrels te beschrijven.
Tegenwoordig is een karaat 0,2 gram, en je kunt een diamant ook meten met deze alledaagse maateenheid. Maar het is duidelijk dat de term karaat net zo mooi schittert als de stenen waarvan het gewicht wordt beschreven. Wie wil diamanten zoals kaas of worstjes per gram kopen?
“Aha!” “Ten Minutes of Everyday Knowledge” is de eigen kennispodcast van WELT. Elke dinsdag, woensdag en donderdag beantwoorden we alledaagse vragen uit de wetenschap. Abonneer je op de podcast op onder meer Spotify, Apple Podcast, Deezer, Amazon-muziek Of rechtstreeks via de RSS-service.