Por Lisa Zyga
(PhysOrg.com) diamond actualmente, el diamante es considerado como el material más difícil conocido en el mundo., Pero al considerar grandes presiones de compresión bajo indentadores, los científicos han calculado que un material llamado nitruro de boro de wurtzita (W-BN) tiene una mayor fuerza de indentación que el diamante. Los científicos también calcularon que otro material, lonsdaleita (también llamado diamante hexagonal, ya que está hecho de carbono y es similar al diamante), es incluso más fuerte que w-BN y 58 por ciento más fuerte que el diamante, estableciendo un nuevo récord.,
este análisis marca el primer caso donde un material excede la resistencia del diamante bajo las mismas condiciones de carga, explican los autores del estudio, que son de la Universidad Jiao Tong de Shanghai y la Universidad de Nevada, Las Vegas. El estudio se publicó en un número reciente de Physical Review Letters.,
«el nuevo hallazgo de nuestros resultados es que las grandes presiones de compresión normales bajo indentadores pueden transformar ciertos materiales (como w-BN y lonsdaleite) en nuevas estructuras superduro que son más duras que el diamante», dijo el coautor Changfeng Chen de la Universidad de Nevada, Las Vegas PhysOrg.com. «este es un nuevo mecanismo que se puede utilizar para diseñar nuevos materiales superduros.»
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Los científicos explican que la fuerza superior de w-BN y lonsdaleita se debe a la reacción estructural de los materiales a la compresión., Las presiones de compresión normales bajo indentadores hacen que los materiales sufran una transformación de fase estructural en estructuras más fuertes, conservando el volumen al voltear sus enlaces atómicos. Los científicos explican que w-BN y lonsdaleita tienen diferencias sutiles en la disposición direccional de sus enlaces en comparación con el diamante, que es responsable de su reacción estructural única.
bajo grandes presiones de compresión, w-BN aumenta su resistencia en un 78 por ciento en comparación con su resistencia antes de la Unión., Los científicos calcularon que w-BN alcanza una fuerza de indentación de 114 GPa (miles de millones de pascales), mucho más allá del 97 GPA de diamond bajo las mismas condiciones de indentación. En el caso de la lonsdaleita, el mismo mecanismo de compresión también causó el flipping del enlace, produciendo una fuerza de indentación de 152 GPa, que es 58 por ciento más alta que el valor correspondiente del diamante.
«La Lonsdaleita es incluso más fuerte que la w-BN porque la lonsdaleita está hecha de átomos de carbono y la w-BN consiste en átomos de boro y nitrógeno», explicó Chen., «Los enlaces carbono-carbono en lonsdaleita son más fuertes que los enlaces boro-nitrógeno en w-BN. Esta es también la razón por la que el diamante (con una estructura cúbica) es más fuerte que el nitruro de boro cúbico (c-BN).»
hasta hace poco, las presiones de compresión normales bajo indentadores no se han incluido en los cálculos de las fuerzas de corte ideales de los cristales desde los primeros principios, pero los últimos desarrollos han permitido a los investigadores considerar sus efectos, lo que resulta en descubrimientos sorprendentes como el que se muestra aquí., Sin embargo, experimentar con w-BN y lonsdaleita será un desafío, ya que ambos materiales son difíciles de sintetizar en grandes cantidades. Sin embargo, otro estudio reciente ha adoptado un enfoque prometedor para producir nanocompuestos de w-BN y c-BN, que también puede proporcionar una forma de sintetizar nanocompuestos que contienen lonsdaleita y diamante.
Además, al mostrar el mecanismo atomístico subyacente que puede fortalecer algunos materiales, este trabajo puede proporcionar nuevos enfoques para el diseño de materiales superduros., Como Chen explicó, los materiales superduros que exhiben otras propiedades superiores son altamente deseables para aplicaciones en muchos campos de la ciencia y la tecnología.
«La alta dureza es solo una característica importante de los materiales superduros», dijo Chen. «La estabilidad térmica es otro factor clave, ya que muchos materiales superduros necesitan soportar entornos de altas temperaturas extremas como herramientas de corte y perforación y como recubrimientos resistentes al desgaste, la fatiga y la corrosión en aplicaciones que van desde la microelectrónica y la nanoelectrónica hasta la tecnología espacial., Para todos los materiales superduros basados en carbono, incluido el diamante, sus átomos de carbono reaccionarán con átomos de oxígeno a altas temperaturas (alrededor de 600°C) y se volverán inestables. Por lo tanto, diseñar nuevos materiales superduros térmicamente más estables es crucial para aplicaciones de alta temperatura. Además, dado que la mayoría de los materiales superduro comunes, como el diamante y el cúbico-BN, son semiconductores, es altamente deseable diseñar materiales superduro que sean conductores o superconductores. Además, los materiales magnéticos superduros son componentes clave en varios dispositivos de grabación.,»
Más información: Pan, Zicheng; Sun, Hong; Zhang, Yi; y Chen, Changfeng. «Harder than Diamond: Superior Indentation Strength of Wurtzite BN and lonsdaleite.»Physical Review Letters 102, 055503 (2009).