Китайські вчені представили нову форму скла, досить міцну, щоб подряпати поверхню алмазу. Але найдивовижніше, що новий матеріал зберіг напівпровідникові властивості аморфного скла. Це відкриває шлях до гранично міцних фотоелектричних панелей і до електроніки, що витримує екстремальні температури і тиск.
Зображення: National Science Review
Міцність алмазу, як відомо, обумовлена його ідеальною кристалічною структурою. Скло не має впорядкованої структури і особливою міцністю похвалитися не може. Китайські дослідники змогли підібрати такі режими нагріву і тиску, які надали склу надзвичайну міцність зі збереженням властивостей напівпровідника.
В основі нового високоміцного скла лежать фулерени – це щось на кшталт графена, згорнутого в подобу футбольного м’яча. Самі по собі фулерени не володіють рекордною твердістю, але спечені разом вони виявилися міцнішими за алмаз. У процесі звичайного нагріву до високих температур під тиском фулерени розплавляються – і виходить звичайний штучний алмаз — діелектрик, а зовсім не напівпровідник.
Вчені розтягнули процес нагрівання та охолодження зразків на 12 годин кожен,
а температурні режими роками підбирали крок за кроком, щоб зберегти фулерени в матеріалі цілими. При нагріванні до 1200 °C під тиском 25 ГПа фулерени вдалося зберегти в матеріалі цілими. Новий матеріал отримав назву AM-III. Під мікроскопом такий матеріал виглядає як кристалічна структура, але при подальшому збільшенні представляється невпорядкованим скупченням фулеренів. Подібне поєднання зробило його міцнішим за алмаз.
При вимірюванні твердості методом Віккерса матеріал AM-III показав твердість 113 ГПа. Для порівняння, алмази природного походження мають твердість від 70 до 100 ГПа, а сталь всього 9 ГПа. Стаття про дослідження була опублікована у виданні National Science Review.
Також було виявлено, що матеріал AM-III є напівпровідником з діапазоном забороненої зони від 1,5 до 2,2 еВ, що аналогічно звичайному аморфному кремнію. Таке поєднання електронних і механічних властивостей робить am-III привабливим рішенням для фотоелектричних датчиків і сонячних батарей. Нарешті, мікросхеми з такого матеріалу будуть величезні жахливі робочі температури і тиски, що стане в пригоді для космосу і авіації.
