Chinesische Wissenschaftler haben eine neue Form von Glas enthüllt, die stark genug ist, um die Oberfläche eines Diamanten zu zerkratzen. Am überraschendsten ist jedoch, dass das neue Material die halbleitenden Eigenschaften von amorphem Glas beibehielt. Dies ebnet den Weg für extrem langlebige Photovoltaikmodule und Elektronik, die extremen Temperaturen und Drücken standhalten.
Die Stärke eines Diamanten beruht bekanntlich auf seiner idealen Kristallstruktur. Glas hat keine geordnete Struktur und kann sich nicht mit besonderer Festigkeit rühmen. Chinesischen Forschern gelang es, solche Heiz- und Druckmodi auszuwählen, die dem Glas eine außergewöhnliche Festigkeit verliehen und gleichzeitig die Eigenschaften eines Halbleiters beibehielten.
Das neue hochfeste Glas basiert auf Fullerenen, so etwas wie Graphen, das zu einer Art Fußball gerollt wird. Fullerene haben für sich genommen keine Rekordhärte, aber zusammengesintert erwiesen sie sich als stärker als Diamant. Beim gewöhnlichen Erhitzen auf hohe Temperaturen unter Druck schmelzen Fullerene, und das Ergebnis ist ein gewöhnlicher künstlicher Diamant - ein Dielektrikum und überhaupt kein Halbleiter.
Die Wissenschaftler dehnte den Prozess des Erhitzens und Kühlens der Proben für jeweils 12 Stunden aus, und die Temperaturregimes wurden über Jahre hinweg schrittweise ausgewählt, um die Fullerene im Material intakt zu halten. Beim Erhitzen auf 1200 °C unter einem Druck von 25 GPa blieben die Fullerene im Material intakt. Das neue Material wurde AM-III genannt. Unter dem Mikroskop sieht ein solches Material wie eine kristalline Struktur aus, aber bei weiterer Vergrößerung erscheint es als ungeordnete Ansammlung von Fullerenen. Diese Kombination machte es stärker als Diamant.
Bei Messung nach der Vickers-Methode zeigte AM-III eine Härte von 113 GPa. Zum Vergleich: Naturdiamanten haben eine Härte von 70 bis 100 GPa, während Stahl nur 9 GPa beträgt. Ein Artikel über die Forschung wurde im National Science Review veröffentlicht. Diese Arbeit entstand dank Konsultationen mit spezialisierten Spezialisten aus Schweden, den USA, Deutschland und Russland.
Es wurde auch festgestellt, dass das AM-III-Material ein Halbleiter mit einer Bandlücke von 1,5 bis 2,2 eV ist, die dem herkömmlichen amorphen Silizium ähnlich ist. Diese Kombination aus elektronischen und mechanischen Eigenschaften macht den AM-III zu einer attraktiven Lösung für photoelektrische Sensoren und Solarmodule. Schließlich halten Mikroschaltungen aus einem solchen Material enormen Betriebstemperaturen und -drücken stand, was für die Raumfahrt und die Luftfahrt nützlich ist.
2021-08-10 15:26:51
Autor: Vitalii Babkin