Peneliti Membuat Kaca Berlian Ultrahard

Foto-foto optik dari sampel karbon amorf (AC) yang diperoleh kembali dari kondisi yang berbeda: (a) foto-foto optik AC-1 yang disintesis pada 20 GPa dan 1.000 derajat Celcius; (b) AC-2, 25 GPa dan 1.000 derajat Celcius; (c) AC-3, 27 GPa dan 1.000 derajat Celcius; (d) AC-4, 27 GPa dan 900 derajat Celcius; (e) AC-5, 30 GPa dan 870 derajat Celcius; dan (f) AC-6, 37 GPa dan 450 derajat Celcius. Kredit gambar: Shang dkk ., doi: 10.1038/s41586-021-03882-9.

Bentuk baru dari kaca karbon yang disintesis oleh para ilmuwan dari Universitas Jilin dan di tempat lain terdiri dari banyak kelompok berorientasi acak dengan urutan seperti berlian dan memiliki kekerasan tertinggi (101,9 GPa), modulus elastisitas dan konduktivitas termal yang diamati pada bahan amorf yang diketahui.

Padatan amorf tidak memiliki keteraturan jangka panjang, menunjukkan banyak sifat mekanik yang sangat baik dan seringkali mudah dibentuk untuk aplikasi. Bahan tersebut termasuk padatan amorf alami, gelas buatan (oksida dan gelas logam), plastik, semikonduktor amorf dan sebagainya, yang diproduksi dan digunakan di banyak bidang.

Banyak bahan amorf lainnya telah diusulkan untuk digunakan tetapi tetap belum direalisasi dan belum dijelajahi karena kondisi sintesis yang menantang. Karbon amorf telah menarik minat penelitian yang intens karena sifatnya yang dapat diatur dan pentingnya dalam aplikasi.

“Sintesis bahan karbon amorf dengan ikatan 3D telah menjadi tujuan lama,” kata rekan penulis Dr. Yingwei Fei, seorang peneliti di Laboratorium Bumi dan Planet di Carnegie Institution for Science.

“Triknya adalah menemukan bahan awal yang tepat untuk diubah dengan penerapan tekanan.” Karena titik leleh yang sangat tinggi, di atas 4.500 K, tidak mungkin menggunakan berlian sebagai titik awal untuk mensintesis kaca seperti berlian.

Namun, penulis membuat terobosan mereka dengan menggunakan fullerene , suatu bentuk karbon yang terdiri dari 60 molekul yang disusun membentuk bola berongga. Secara informal disebut buckyball, bahan pemenang Hadiah Nobel ini dipanaskan cukup untuk meruntuhkan strukturnya yang seperti bola untuk menyebabkan gangguan sebelum mengubah karbon menjadi berlian kristal di bawah tekanan.

Para peneliti menggunakan pers multi-anvil volume besar untuk mensintesis kaca seperti berlian, yang cukup besar untuk karakterisasi. Sifatnya dikonfirmasi menggunakan berbagai teknik resolusi tinggi yang canggih untuk menyelidiki struktur atom. “Pembuatan kaca dengan sifat superior seperti itu akan membuka pintu untuk aplikasi baru,” kata Dr. Fei.

“Penggunaan bahan kaca baru bergantung pada pembuatan potongan besar, yang telah menimbulkan tantangan di masa lalu.” 

“Suhu yang relatif rendah di mana kami dapat mensintesis kaca berlian ultrahard baru ini membuat produksi massal lebih praktis.”

Hasil kerja tim tersebut diterbitkan dalam jurnal Nature.