A nivel atómico, el vidrio es un revoltijo de átomos, lo que lo hace fácilmente propenso a la distorsión y el agrietamiento. Ahora, los químicos han descubierto cómo organizar los átomos dentro del vidrio de tal manera que el material resultante puede incluso rivalizar con la fuerza de los diamantes.
Un equipo de científicos de materiales de la Universidad de Yanshan en China ha descubierto la proporción crítica de carbono cristalizado y amorfo necesaria para crear un vidrio con propiedades notables que no se debiliten bajo una presión intensa.
Las propiedades mecánicas de un material a menudo se reducen a la forma en que se unen sus bloques de construcción. La notoria dureza del diamante está determinada por los cuatro enlaces que cada uno de sus átomos de carbono forma con sus vecinos. Aunque estos enlaces forman un puente sólido, tampoco dejan electrones libres para transportar una corriente, lo que hace que el diamante sea un aislante.
Los sólidos vidriosos no tienen patrones repetidos, al menos en una escala general. Su estructura general es más o menos lo que se obtiene cuando las partículas de un líquido caen en su lugar una vez que la temperatura desciende lo suficiente.
Sin embargo, dependiendo de los ingredientes constituyentes, los materiales vítreos pueden tener un grado de estructura sorprendente de cerca. Su disposición desordenada también permite una amplia gama de propiedades ópticas y mecánicas que los hace más adecuados
Los vidrios que se basan en metales deben combinar las ventajas de ambos, otorgando un grado de resistencia que los metales cristalinos no tienen, sin dejar de ser conductores.
Sin embargo, determinar cómo podría comportarse un estado vítreo de carbono es difícil de predecir basándose únicamente en la teoría.
Entonces, los investigadores de Yanshan experimentaron, aplastando esferas de átomos de carbono llamadas ‘buckyballs’ bajo una presión intensa de alrededor de 25 gigapascales (poco menos de 250,000 atmósferas) y luego horneando la papilla a temperaturas entre 1,000 y 1,200 grados Celsius (alrededor de 1,800 a 2,200 grados Fahrenheit).
Al someter los productos, denominados AM-I, II y III, a una letanía de pruebas, los químicos mapearon la forma en que los átomos se unían entre sí, mostrando que todos operaban como semiconductores a un nivel comparable con el silicio amorfo.
Pero fueron las propiedades mecánicas del tercer resultado las que realmente se destacaron.
El diamante se conoce característicamente como una de las sustancias más duras conocidas. Una medida común de dureza, llamada Prueba de dureza Vickers, en realidad usa una punta de diamante para sangrar el material. Cuanto más duro es el material, mayor es la fuerza (medida en gigapascales) necesaria para dejar una marca considerable.
Rascar otro diamante puede requerir entre 60 y 100 gigapascales, dependiendo de si es natural o si se hace con cuidado en un laboratorio.
El material vítreo AM-III midió entre 110 y 116 gigapascales en la prueba de dureza Vickers, lo que lo convierte en el sólido amorfo más duro hasta la fecha. Pasar un deslizamiento de la sustancia a lo largo de la cara plana de un diamante natural dejó una marcada línea.
Producir suficiente material para utilizarlo ampliamente en procesos comerciales sería un gasto que pocos desembolsarían en este momento. Con el tiempo, se podría fabricar lo suficiente para que sirva como reemplazo de los transistores de silicio utilizados en entornos de alta presión.
Dado lo experimental que fue este desarrollo de vidrio, es posible que se pueda encontrar más aplastando y cocinando otros alótropos de carbono, como grafeno, en un rango de presiones y temperaturas.
La ciencia de los materiales está muy avanzada en la era del carbono en los últimos tiempos, y ha ideado nuevas e ingeniosas formas de poner en funcionamiento las propiedades mecánicas y eléctricas de los átomos de carbono dispuestos de diversas formas.
Cómo usaremos AM-III es difícil de decir en este momento, pero algún día podría convertirse en el mejor amigo de un ingeniero eléctrico.
Esta investigación fue publicada en Revista Nacional de Ciencias.
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