china cipta bahan kaca yang lebih keras dari berlian

Kita sedia maklum bahawa berlian adalah mineral semulajadi paling keras di dunia. Namun, kekerasan atau kesukaran menemui berlian bukanlah penyebab harganya sangat premium. Perkara ini pernah kami tulis dalam artikel Konspirasi Batu Berlian yang mendedahkan mengapa harganya sangat mahal.

Namun, tidak lama dahulu Persatuan Minerologi Antarabangsa telah mengumumkan penemuan mineral baru yang dikenali sebagai carmeltazite yang dikatakan lebih keras daripada berlian. Batu mineral tersebut ditemui di kawasan yang kini berada di bawah pengaruh Israel.

Menariknya baru-baru ini sekumpulan saintis dari China mengumumkan mereka berjaya mencipta kaca buatan yang didakwa lebih keras daripada berlian. Dikenali dengan kod nama AM-III, kaca ini mempunyai struktur unik yang menjadikannya keras sehingga mampu mencalarkan berlian. 

Boleh berfungsi sebagai semi-konduktor

panel solar

Kaca biasanya dikaitkan dengan ciri kerapuhan dan mudah pecah dan bukannya kekerasan. Walau bagaimanapun, sekumpulan penyelidik di China dapat mencipta bahan amorfus lutsinar baharu yang sangat kuat dan keras sehingga boleh mencalarkan berlian.

Lebih menarik lagi, kaca berteknologi tinggi ini mempunyai celah jalur semikonduktor, yang menjadikannya menarik untuk digunakan dalam pembuatan panel solar. Bahan baru yang dibangunkan oleh saintis dari Universiti Yanshan di wilayah Hebei, China, ini buat semenntara ini dikenali dengan nama AM-III dan dinilai pada 113 gigapascals (GPA) dalam ujian kekerasan Vickers.

Ujian kekerasan Vickers yang digunakan untuk ukuran kekerasan bahan, dikira daripada saiz tera yang dihasilkan di bawah beban oleh indentor berlian berbentuk piramid. Nilai itu lebih tinggi daripada berlian asli yang mempunyai skor Vickers dalam julat 70-100 GPa, tetapi kurang daripada berlian paling keras yang boleh mendapat skor sehingga 150 GPa.

Sebagai perbandingan lain, AM-III kira-kira sepuluh kali lebih keras daripada keluli lembut dan boleh menjadi 20 hingga 100 kali lebih keras daripada kebanyakan tingkap kaca kalis peluru.

Berbentuk seperti berlian, kelihatan seperti kaca

am iii

Seperti berlian, untuk AM-III struktur utamanya diperbuat daripada nkarbon. Tetapi, tidak seperti struktur atom karbon dalam berlian yang disusun dalam susunan kristal yang teratur, kaca mempunyai struktur dalaman yang tidak tersusu, struktur tipikal bahan amorphous.

Inilah sebabnya mengapa kaca biasanya mudah pecah dan retak. Tetapi AM-III mempunyai struktur mikro dalam bahan yang kelihatan teratur, sama seperti kristal. Jadi, AM-III ialah sebahagian kaca, sebahagian kristal dan inilah penjelasannya mengapa ia mempunyai kekuatan yang luar biasa.

Untuk membuat AM-III, penyelidik China terpaksa menggunakan proses yang lebih rumit daripada pembuatan berlian tiruan. Kaedah yang paling biasa untuk mencipta berlian sintetik yang digunakan dalam industri dipanggil proses tekanan tinggi, suhu tinggi (high pressure, high temperature - HPHT).

Semasa proses HPHT, karbon tertakluk kepada suhu dan tekanan yang sama tinggi seperti yang menyebabkan pembentukan berlian semula jadi jauh di dalam Bumi, sekitar 1,300 darjah Celsius (1650 hingga 2370 darjah Fahrenheit) dan tekanan 50,000 kali lebih besar di permukaan.

Kumpulan penyelidik ini bermula dengan fullerene, juga dipanggil buckminsterfullerene. Molekul ini mengandungi sekurang-kurangnya 60 atom karbon (C60), tersusun dalam struktur yang sama ada boleh membentuk bentuk bola atau sfera dan biasanya berdiameter 1nm.

gelas paling keras

"Bebola" karbon ini biasanya lembut dan licin. Tetapi selepas melalui proses haba dan tekanan yang hebat, bebola karbon ini dihancurkan dan diadun bersama. Fullerene ini kemudiannya akan dikenakan kira-kira 25 GPa tekanan dan 1,200 darjah Celsius (2,192 darjah Fahrenheit).

Walau bagaimanapun, para penyelidik perlu berhati-hati untuk mencapai keadaan ini secara beransur-ansur, mengambil masa mereka selama kira-kira 12 jam. Sekiranya proses ini dilakukan dengan terlalu cepat, ia akan menyebabkan bebola karbon ini menjadi berlian.

Bahan lutsinar yang terhasil bukan sahaja keras tetapi juga bersifat semikonduktor dengan julat celah jalur hampir sama berkesannya dengan silikon, bahan semikonduktor utama yang digunakan dalam elektronik.

Jadi selain kaca kalis peluru, ia terbukti berguna dalam industri panel solar di mana sifatnya boleh bersinar dengan membenarkan cahaya matahari mencapai sel fotovoltaik dan pada masa sama boleh juga meningkatkan jangka hayat produk.

Kredit:

  1. SCMP
  2. ZME Science
  3. Oxford Academic
  4. Phys.org


Hakcipta iluminasi.com (2017)