Vedcom z univerzity v Severnej Karolíne sa podaril obdivuhodný objav. Objavili novú formu pevného uhlíka – Q-uhlík, ktorý sa v mnohom líši od grafitu aj diamantu. Vo svojich laboratóriách vyvinuli aj techniku, pomocou ktorej sa z Q-uhlíka dá pri izbovej teplote vyrobiť štruktúra podobná diamantu.
Uhlík sa vyskytuje v niekoľkých formách
Grafit je jednou z jeho pevných foriem, diamant je ďalšou. „Vytvorili sme novú formu pevného uhlíka. Nikde v prírode tento uhlík nenájdeme, možno okrem jadier niektorých planét,” vraví Jay Narayan – hlavný autor projektu.
Má niekoľko pozoruhodných vlastností
Je feromagnetický, čo žiadna iná forma uhlíku nie je. „Ani sme neverili, že by to bolo možné,” popisuje ďalej Narayan. Q-uhlík je tiež tvrdší než diamant! A aby toho nebolo málo – po absorbovaní aj len malého množstva energie svetielkuje. Jeho pevnosť a jeho energetická ochota odovzdávať elektróny mu predurčujú sľubnú budúcnosť. Je vhodným materiálom na výrobu elektronických displejov.
Môže mať význam aj vo výrobe kryštálov podobných diamantu. Aby ste pochopili toto jeho využitie, musíme vám najskôr objasniť proces výroby Q-uhlíka.
Ako sa vyrobí diamant
Na začiatku potrebujeme nejaký substrát – napr. zafír, sklo alebo plast. Tento substrát obalíme amorfným uhlíkom (forma uhlíka, ktorá na rozdiel od diamantu alebo grafitu nemá kryštalickú štruktúru). Uhlík vystavíme pôsobeniu krátkeho laserového pulzu (200 nanosekúnd). Teplota materiálu stúpne na 4 000 Kelvinov (alebo 3 727 °C) a následne zase rýchlo klesne. Pozoruhodné je, že to všetko je možné pri normálnom tlaku vzduchu, ktorý poznáme – jedna atmosféra.
Výsledkom procesu je tenký film Q-uhlíka. Vedci dokážu pri výrobe regulovať hrúbku filmu medzi 20 a 500 nanometrami. Zmenou substrátu a dĺžky pôsobenia laseru sa dá kontrolovať, ako rýchlo Q-uhlík chladne. Práve pomocou ovládania rýchlosti chladnutia je možné vyrobiť z Q-uhlíka diamantové štruktúry. Na výrobu diamantu z Q-uhlíka stačí proste zase zopakovať aplikáciu laserového pulzu.
Využitie
„Sme schopní vytvoriť drobné diamantové ihličky, mikrodiamanty, veľké diamantové filmy na využitie vo farmaceutike, v priemyselných postupoch a v elektronike. Objekty z Q-uhlíka majú pevnú kryštalickú štruktúru, pevnejšiu než polykryštály. Ich výroba je možná v bežných podmienkach prostredia – izbovej teplote a normálnom tlaku vzduchu. Aj laser tiež používame rovnakým spôsobom, akým je už dlho používaný v očnej chirurgii. Máme príležitosť skúmať využitie nových materiálov a navyše aj ich výroba je nenáročná a relatívne lacná.”
Ak je táto nová forma uhlíka pevnejšia než diamant, prečo by sme mali diamanty ešte vôbec vyrábať? Pretože o novom materiáli ešte stále veľa nevieme.
„Dokážeme vyrobiť tenké filmy Q-uhlíka, ale zatiaľ stále len skúmame jeho vlastnosti, sme na začiatku poznávania, ako s ním manipulovať. Diamant poznáme veľmi dobre. O práci s Q-uhlíkom a o jeho využití sa pravdepodobne ešte budeme veľa učiť. Ale už na tom pracujeme,” vysvetľuje Narayan.
Zdroj: phys.org
