Par Lisa Zyga
(PhysOrg.com) Currently actuellement, le diamant est considéré comme le matériau le plus connu au monde., Mais en considérant de grandes pressions de compression sous les pénétrateurs, les scientifiques ont calculé qu’un matériau appelé nitrure de bore de wurtzite (w-BN) a une plus grande résistance à l’indentation que le diamant. Les scientifiques ont également calculé qu’un autre matériau, la lonsdaléite (également appelée diamant hexagonal, car il est fait de carbone et est similaire au diamant), est encore plus résistant que le w-BN et 58% plus résistant que le diamant, établissant un nouveau record.,
Cette analyse marque le premier cas où un matériau dépasse le diamant en Résistance dans les mêmes conditions de chargement, expliquent les auteurs de l’étude, qui proviennent de L’Université Jiao Tong de Shanghai et de L’Université du Nevada à Las Vegas. L’étude est publiée dans un numéro récent de Physical Review Letters.,
« la nouvelle conclusion de nos résultats est que de grandes pressions de compression normales sous les pénétrateurs peuvent transformer certains matériaux (tels que w-BN et lonsdaleite) en nouvelles structures extra-dures plus dures que le diamant », a déclaré Changfeng Chen, coauteur de L’Université du Nevada à Las Vegas PhysOrg.com. » c’est un nouveau mécanisme qui peut être utilisé pour concevoir de nouveaux matériaux extra-durs. »
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Les scientifiques expliquent que la résistance supérieure de w-BN et lonsdaleite est due à la réaction structurelle des matériaux à la compression., Les pressions de compression normales sous les pénétrateurs font subir aux matériaux une transformation de phase structurelle en structures plus solides, conservant le volume en renversant leurs liaisons atomiques. Les scientifiques expliquent que w-BN et lonsdaleite ont des différences subtiles dans les arrangements directionnels de leurs liaisons par rapport au diamant, qui est responsable de leur réaction structurelle unique.
sous de grandes pressions de compression, w-BN augmente sa résistance de 78% par rapport à sa résistance avant le retournement de liaison., Les scientifiques ont calculé que w-BN atteint une force d’indentation de 114 GPa (milliards de pascals), bien au-delà de 97 GPA de diamond dans les mêmes conditions d’indentation. Dans le cas de la lonsdaléite, le même mécanisme de compression a également provoqué un retournement de liaison, donnant une résistance à l’indentation de 152 GPa, soit 58% de plus que la valeur correspondante du diamant.
« La Lonsdaléite est encore plus forte que la w-BN parce que la Lonsdaléite est faite d’atomes de carbone et que la w-BN est constituée d’atomes de bore et d’azote”, a expliqué Chen., « Les liaisons carbone-carbone dans la lonsdaléite sont plus fortes que les liaisons bore-azote dans w-BN. C’est aussi pourquoi le diamant (avec une structure cubique) est plus fort que le nitrure de bore cubique (c-BN). »
Jusqu’à récemment, les pressions de compression normales sous les pénétrateurs n’ont pas été incluses dans les calculs des forces de cisaillement idéales des cristaux à partir des premiers principes, mais les derniers développements ont permis aux chercheurs d’examiner leurs effets, entraînant des découvertes surprenantes comme celle présentée ici., Pourtant, expérimenter avec w-BN et lonsdaleite sera difficile, car les deux matériaux sont difficiles à synthétiser en grande quantité. Cependant, une autre étude récente a adopté une approche prometteuse pour produire des nanocomposites de w-BN et de c-BN, qui pourraient également fournir un moyen de synthétiser des nanocomposites contenant de la lonsdaléite et du diamant.
en outre, en montrant le mécanisme atomistique sous-jacent qui peut renforcer certains matériaux, ce travail peut fournir de nouvelles approches pour concevoir des matériaux super durs., Comme Chen l’a expliqué, les matériaux extra-durs qui présentent d’autres propriétés supérieures sont hautement souhaitables pour des applications dans de nombreux domaines de la science et de la technologie.
« la dureté élevée n’est qu’une caractéristique importante des matériaux extra-durs”, a déclaré Chen. « La stabilité thermique est un autre facteur clé, car de nombreux matériaux extra-durs doivent résister à des environnements à haute température extrêmes en tant qu’outils de coupe et de forage et en tant que revêtements résistants à l’usure, à la fatigue et à la corrosion dans des applications allant de la micro-et nano – électronique à la technologie spatiale., Pour tous les matériaux super-durs à base de carbone, y compris le diamant, leurs atomes de carbone réagiront avec les atomes d’oxygène à des températures élevées (autour de 600°C) et deviendront instables. La conception de nouveaux matériaux extra-durs thermiquement plus stables est donc cruciale pour les applications à haute température. De plus, étant donné que la plupart des matériaux extra-durs courants, tels que le diamant et le Cubic-BN, sont des semi-conducteurs, il est hautement souhaitable de concevoir des matériaux extra-durs qui sont des conducteurs ou des supraconducteurs. En outre, les matériaux magnétiques superhard sont des composants clés dans divers appareils d’enregistrement., »
Plus d’informations: Pan, Zicheng; Sun, Hong; Zhang, Yi; et Chen, Changfeng. « Plus dur que le diamant: résistance supérieure à L’Indentation de la Wurtzite BN et de la Lonsdaléite. »Physical Review Letters 102, 055503 (2009).