Pesquisadores do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, Instituto Tecnológico de Superhard e Novos Materiais de Carbono em Troitsk, MISiS, e a MSU desenvolveram um novo método para a síntese de um material ultra-duro que excede o diamante em dureza. Artigo publicado recentemente na revista. Carbono descreve em detalhes um método que permite a síntese de fullerita ultrarrígida, um polímero composto de fulerenos, ou moléculas esféricas feitas de átomos de carbono.

Em seu trabalho, os cientistas notaram que o diamante não é o material mais duro há algum tempo. Os diamantes naturais têm uma dureza de quase 150 GPa, mas a fullerita ultra-dura ultrapassou o diamante para se tornar o primeiro na lista de materiais mais duros, com valores que variam de 150 a 300 GPa.

Todos os materiais mais duros que o diamante são chamados de materiais ultra-duros. Os materiais mais macios que o diamante, mas mais duros que o nitreto de boro, são chamados de superduros. Nitreto de boro, com sua estrutura cúbica, é quase três vezes mais duro que o conhecido corindo.

Fullerites são materiais que consistem em fulerenos. Na vez deles, os fulerenos são moléculas de carbono na forma de esferas que consistem em 60 átomos. O fulereno foi sintetizado pela primeira vez há mais de 20 anos, e um Prêmio Nobel foi concedido por esse trabalho. As esferas de carbono dentro da fullerita podem ser organizadas de maneiras diferentes, e a dureza do material depende muito de quão interconectados eles estão. Na fullerita ultrarrígida descoberta pelos trabalhadores do Instituto Tecnológico de Materiais Superhard e Novos de Carbono (FSBITISNCM), C ₆₀ as moléculas são interconectadas por ligações covalentes em todas as direções, um material que os cientistas chamam de polímero tridimensional.

Contudo, os métodos de produção desse promissor material em escala industrial ainda não estão disponíveis. Praticamente, a forma de carbono superduro é de interesse primário para especialistas na área de processamento de metais e outros materiais:quanto mais difícil é uma ferramenta, quanto mais funciona, e quanto mais qualitativamente os detalhes podem ser processados.

O que torna tão difícil sintetizar a fulerita em grandes quantidades é a alta pressão necessária para o início da reação. A formação do polímero tridimensional começa a uma pressão de 13 GPa, ou 130, 000 atm. Mas os equipamentos modernos não podem fornecer tal pressão em grande escala.

Os cientistas no estudo atual mostraram que a adição de dissulfeto de carbono (CS ₂ ) à mistura inicial de reagentes pode acelerar a síntese de fullerite. Esta substância é sintetizada em escala industrial, é usado ativamente em várias empresas, e as tecnologias para trabalhar com ele estão bem desenvolvidas. De acordo com experimentos, dissulfeto de carbono é um produto final, mas aqui ele atua como um acelerador. Usando CS ₂ , a formação do valioso material super-duro torna-se possível mesmo se a pressão for mais baixa e atingir 8GPa. Além disso, enquanto os esforços anteriores para sintetizar fullerite a uma pressão de 13 GPa exigiram aquecimento até 1100 K (mais de 820 graus Celsius), no caso presente, ocorre à temperatura ambiente.

"A descoberta descrita neste artigo (a síntese catalítica da fullerita ultrarrígida) criará uma nova área de pesquisa na ciência dos materiais porque reduz substancialmente a pressão necessária para a síntese e permite a fabricação do material e seus derivados em escala industrial", explicou Mikhail Popov, o principal autor da pesquisa e chefe do laboratório de nanomateriais funcionais do FSBI TISNCM.