Diamanty už nejsou nejtvrdší

Spojením uhlíkových nanoklastrů zvaných fullereny dokázali něco, co bylo po celou historii vědy pokládáno za nemožné. Nový materiál nese označení ACNR (Aggregated Carbon NanoRods) a byl vytvořen stlačením a zahřátím supersilných uhlíkových molekul zvaných fulleren C60. Tyto molekuly jsou složeny ze 60 atomů uhlíku poskládaných do hexagonálních anebo pentagonálních tvarů a dohromady tvoří dutou kouli podobnou fotbalovému míči. Supertuhé ACNR bylo vytvořeno stlačením právě fullerenu C60 na 200násobek atmosférického tlaku a současně zahřátím na 2226 °C.

Diamantové kovadliny nevydržely
Vlastnosti výsledného materiálu byly poté měřeny s použitím diamantových kovadlin ve francouzském Synchrotronovém centru. Diamantová kovadlina sevřela materiál mezi další dva diamanty a umožnila tak zkoumat vlastnosti ACNR s použitím právě synchrotronu. Bylo tak možno odhalit strukturu materiálu při této zátěži. Výsledek byl překvapivý. Při hustotě o 0,3 % větší, než má diamant, se stal tento materiál nejtvrdším na světě. "Náš materiál poškodil během experimentu samotné diamanty tak, že je zřetelně poškrábal," říká vedoucí výzkumného týmu Natalia Dubrovinskaja. "To nás překvapilo a jsme na to velmi hrdí." Zatímco obyčejný diamant má svou pevnost díky silným molekulárním vazbám mezi jednotlivými atomy, ACNR má své vlastnosti založeny na semknutých nanoklastrech fullerenů.

Fullerenový zázrak
Materiál tak bude mít široký rozsah použití v klasickém průmyslu. Je stabilní i při velmi vysokých teplotách a plně nahradí diamant ve všech obráběcích a vrtacích procesech. Zároveň se vědci domnívají, že jeho výroba bude lehce uskutečnitelná, jelikož samotná výroba prototypu testovaného na synchrotronu je prý velmi dobře reprodukovatelná. Dubrovinskaja zároveň oznámila, že bayreuthský tým také brzy využije průmyslový potenciál. Vyvinuli již koncept, který umožní vyrábět ACNR ve velkém. Partneři se prý již hledají.

Logo|foto:Český rozhlas

FULLERENY
Fullereny jsou obří molekuly složené z 20 a více atomů uhlíku ve vrcholech různých mnohostěnů, které mají téměř perfektní kulovitý tvar. Název dostaly po architektovi R. Buckminsterovi Fullerovi, který vynalezl konstrukce velmi podobné těmto molekulám. Původní příliš dlouhý název buckminsterfullereny se postupně začal zkracovat na fullereny. Ve vědeckém žargonu se však užívají i další pojmenování, například "buckyballs". Nejméně stabilním fullerenem je C20 (pravidelný dvanáctistěn, jehož stěny jsou pětiúhelníky) a pak téměř pro každý sudý počet atomů (vyjma 22) existuje další fulleren. Výjimečné postavení má ovšem C60. Je nejkulatější, nejsymetričtější a nejhezčí. Všechny uhlíky v něm mají zcela rovnocenné postavení, takže napětí v takové struktuře je nejlépe rozprostřeno a i stabilita je největší. Geometricky jde o 12 pětiúhelníků a 20 šestiúhelníků, které jsou srovnány tak, že žádné dva pětiúhelníky nesousedí. Princip je zde tedy stejný jako u fotbalového míče. Fullereny se v malém množství vyskytují i v přírodě. A to v sazích, v uhlí anebo hojněji jako pozůstatky po úderu blesků do skal. V laboratoři je dnes možné fulleren C60 produkovat s padesátiprocentním ziskem. Jako metoda je používán obloukový výboj mezi uhlíkovými elektrodami. Méně čistý C60 (s příměsí C70) však stojí v internetových obchodech s chemikáliemi podstatně více než zlato.

Více se dozvíte na Svět vědy.