تضاد سختی و شکنندگی در الماس
الماس به دلیل شبکه فشرده اتمهای کربن، سختترین کانی طبیعی روی زمین است و در برابر فرسایش شیمیایی یا گذر زمان مقاومت میکند. برآوردها نشان میدهد تبدیل طبیعی الماس به گرافیت در دمای اتاق، زمانی طولانیتر از عمر تخمینی جهان نیاز دارد. اما این سختی بالا را نباید با تخریبناپذیری اشتباه گرفت.
ساختار مکعبی یا چهاروجهی الماس، نقاط ضعفی را در امتداد صفحات خود دارد که ماده را در برابر ضربات ناگهانی آسیبپذیر میکند. به همین دلیل، اگر با چکش به یک الماس ضربه بزنید، به جای تغییر شکل، احتمالاً به چند تکه خرد میشود.
رویکرد جدید دانشمندان چینی برای تقویت الماس
پژوهشگران آکادمی علوم چین و دانشگاه بیهانگ برای رفع این نقطه ضعف، روشی ابداع کردند که همزمان سختی و مقاومت الماس را در برابر شکست افزایش میدهد. ماده تولید شده در این پژوهش، حتی از آلیاژهای تنگستن نیز چقرمگی بیشتری دارد؛ موادی که به دلیل پایداری در شرایط سخت، در کورههای داغ راکتورهای همجوشی هستهای استفاده میشوند.
نقش نانولولههای کربنی در ساختار جدید
کلید ساخت این «الماس ابرمقاوم»، استفاده از نانولولههای کربنی چنددیواره (MWCNT) است. دانشمندان این نانولولهها را به گونهای در میان دانههای الماس بافتند که ساختاری ناهمگن ایجاد شود. در این ساختار، شبکه نانولولهها مانند یک بخیه عمل کرده و نقاط ضعف صفحات مکعبی الماس را به هم متصل میکند تا از گسترش ترکها جلوگیری شود.
ویژگیهای این نانولولهها عبارتند از:
- ضخامت بسیار کم (حدود یکدههزارم ضخامت موی انسان).
- استحکام چندین برابر بیشتر از فولاد.
- توانایی ترمیم و اتصال نقاط ضعف ساختاری در الماس.
فرآیند تولید و دمای عملیاتی
ساخت این الیاف پیچیدگیهای خاص خود را داشت. پژوهشگران ابتدا پودر الماس را با نانولولههای کربنی ترکیب کردند و سپس مخلوط حاصل را در معرض دمای بسیار بالای حدود ۲ هزار درجه قرار دادند تا ساختار نهایی شکل بگیرد.
