Lisa Zyga
(PhysOrg.com) Currently Attualmente, il diamante è considerato il materiale più duro conosciuto al mondo., Ma considerando le grandi pressioni di compressione sotto i rientranti, gli scienziati hanno calcolato che un materiale chiamato nitruro di boro di wurtzite (w-BN) ha una maggiore forza di rientro rispetto al diamante. Gli scienziati hanno anche calcolato che un altro materiale, lonsdaleite (chiamato anche diamante esagonale, poiché è fatto di carbonio ed è simile al diamante), è ancora più forte di w-BN e 58 per cento più forte del diamante, stabilendo un nuovo record.,
Questa analisi segna il primo caso in cui un materiale supera il diamante in forza nelle stesse condizioni di carico, spiegano gli autori dello studio, che provengono dalla Shanghai Jiao Tong University e dall’Università del Nevada, Las Vegas. Lo studio è pubblicato in un recente numero di Physical Review Letters.,
“La nuova ricerca dai nostri risultati è che la grande normale di compressione delle pressioni indentatori può trasformare alcuni materiali (come il w-BN e lonsdaleite), in nuove superhard strutture che sono più duro del diamante,” coautore Changfeng Chen, l’Università del Nevada, Las Vegas, ha detto PhysOrg.com. “Questo è un nuovo meccanismo che può essere utilizzato per la progettazione di nuovi materiali estremamente resistenti.”
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Gli scienziati spiegano che la forza superiore di w-BN e lonsdaleite è dovuta alla reazione strutturale dei materiali alla compressione., Le normali pressioni di compressione sotto i rientranti fanno sì che i materiali subiscano una trasformazione di fase strutturale in strutture più forti, conservando il volume lanciando i loro legami atomici. Gli scienziati spiegano che w-BN e lonsdaleite hanno sottili differenze nelle disposizioni direzionali dei loro legami rispetto al diamante, che è responsabile della loro reazione strutturale unica.
Sotto grandi pressioni di compressione, w-BN aumenta la sua forza del 78 per cento rispetto alla sua forza prima di bond-flipping., Gli scienziati hanno calcolato che w-BN raggiunge una forza di indentazione di 114 GPa (miliardi di pascal), ben oltre i 97 GPA di diamond nelle stesse condizioni di indentazione. Nel caso di lonsdaleite, lo stesso meccanismo di compressione anche causato legame-flipping, producendo una forza di rientro di 152 GPa, che è 58 per cento superiore al valore corrispondente di diamante.
“La Lonsdaleite è ancora più forte di w-BN perché la lonsdaleite è fatta di atomi di carbonio e w-BN è costituita da atomi di boro e azoto”, ha spiegato Chen., “I legami carbonio-carbonio in lonsdaleite sono più forti dei legami boro-azoto in w-BN. Questo è anche il motivo per cui il diamante (con una struttura cubica) è più forte del nitruro di boro cubico (c-BN).”
Fino a poco tempo fa, le normali pressioni di compressione sotto i rientranti non sono state incluse nei calcoli delle forze di taglio ideali dei cristalli dai primi principi, ma gli ultimi sviluppi hanno permesso ai ricercatori di considerare i loro effetti, con conseguenti scoperte sorprendenti come quella mostrata qui., Tuttavia, sperimentare con w-BN e lonsdaleite sarà impegnativo, poiché entrambi i materiali sono difficili da sintetizzare in grandi quantità. Tuttavia, un altro recente studio ha adottato un approccio promettente per produrre nanocompositi di w-BN e c-BN, che possono anche fornire un modo per sintetizzare nanocompositi contenenti lonsdaleite e diamante.
Inoltre, mostrando il meccanismo atomistico sottostante che può rafforzare alcuni materiali, questo lavoro può fornire nuovi approcci per la progettazione di materiali superduri., Come ha spiegato Chen, i materiali superduri che presentano altre proprietà superiori sono altamente desiderabili per applicazioni in molti campi della scienza e della tecnologia.
” L’elevata durezza è solo una caratteristica importante dei materiali superduri”, ha detto Chen. “La stabilità termica è un altro fattore chiave dal momento che molti materiali superduri devono resistere ad ambienti estremi ad alta temperatura come utensili di taglio e foratura e come rivestimenti resistenti all’usura, alla fatica e alla corrosione in applicazioni che vanno dalla micro e nano-elettronica alla tecnologia spaziale., Per tutti i materiali superduri a base di carbonio, incluso il diamante, i loro atomi di carbonio reagiranno con atomi di ossigeno ad alte temperature (a circa 600°C) e diventeranno instabili. Quindi progettare nuovi materiali superduri termicamente più stabili è fondamentale per le applicazioni ad alta temperatura. Inoltre, poiché i materiali superduri più comuni, come il diamante e il cubico-BN, sono semiconduttori, è altamente desiderabile progettare materiali superduri che siano conduttori o superconduttori. Inoltre, i materiali magnetici superhard sono componenti chiave in vari dispositivi di registrazione.,”
Ulteriori informazioni: Pan, Zicheng; Sun, Hong; Zhang, Yi; e Chen, Changfeng. “Harder than Diamond: forza di indentazione superiore di Wurtzite BN e Lonsdaleite.”Physical Review Letters 102, 055503 (2009).