Material des Monats Aggregierte Diamant-Nanostäbchen - Kohlenstoff Festigkeit geprüft, IOM3
Kohlenstoff wird oft in GCSE Chemistry als ein Beispiel für ein Element verwendet, das zeigt Allotropie, das heißt, sie in mehr als eine Multiatomstruktur vorhanden sein kann. Die Liste begann mit amorphem Kohlenstoff (ein Bestandteil von Kohle), Graphit und Diamanten, und nun auch buckminsterfullerene, Kohlenstoff-Nanoröhren, Kohlenstoff-Nanoschaum und vieles mehr. So enthüllt, wie viele Allotrope Sie gelernt in der Schule Ihr Alter weg geben können.
In seiner Graphit Form besteht Kohlenstoff der Kohlenstoffatom gebunden triagonally bis drei anderen durch starke kovalente C-C-Bindungen, ein zweidimensionales Netzwerk bilden. Schichten dieser Atome werden durch schwache Van-der-Waals-Kräfte gehalten. In Buckminsterfulleren (C60) sind die Kohlenstoffatome in Sechsecken und Fünfecken angeordnet, um ein Fußballförmiges Molekül zu bilden, wobei jedes Kohlenstoffatom an drei andere, kovalent gebunden ist. Es gibt 60 Atomen in jedem Molekül, daher die Formel C60. In fester Form werden diese Moleküle miteinander durch schwache van der Waals-Kräfte verbunden.
Das Team verschiedene Formen von Kohlenstoff zu unterschiedlichen Temperaturen und Drücken in einem Versuch unterworfen Nanorods zu erzeugen, die in der Theorie, hatten sehr attraktive Eigenschaften. Die erforderlichen Parameter gefunden wurden ein Ausgangsmaterial von C60, Temperatur von 2000 ° C und einem Druck von 20GPa zu sein. Der Ausgang war Vollzylinder, 3 mm in der Höhe und 1,8 mm im Durchmesser, der aus einem Material, das kompakt und durchscheinend war. Sein Röntgenbeugungsmuster zeigte, daß das Material eine Diamant-Struktur und seine Raman- und IR-Spektren waren mit denen für ähnliches Nanodiamanten erhalten hatte. Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie zeigte, dass das Schüttgut aus länglichen Kristallen aus aggregierten Diamant-Nanostäbchen bestand. Die Kristalle wurden 1 um etwa in der Länge und 20 nm im Durchmesser.
Die Verschleißfestigkeit auf Bruchzähigkeit, Elastizitätsmodul und Härte abhängig ist. Nanorods gefunden wurde eine Bruchzähigkeit aufweist (Bruchfestigkeit, wenn ein Riss vorhanden ist) von zwei bis drei Mal der von Diamanten. Dies ist wahrscheinlich auf die Unterdrückung der bevorzugten Spaltebene dank der winzigen Nanostäbchen, die zufällige Orientierung und der kompakten gegenseitigen Verwachsung des Materials. In polykristallinen Materialien kann das Vorhandensein von Korngrenzen Leistung reduzieren, aber die Young-Modul von ADNRs ist gleich der ein Einkristall-Diamanten. Dies zeigt, dass der Abstand zwischen den Körnern extrem klein ist und Korngrenzen sind dicht und unbeweglich.
Die Orientierung der Nanostäbchen ist nicht einheitlich und diese Zufall Verwachsung könnte die Ursache für die extreme Härte ADNRs Ausstellung sein. Die Mikrohärte eines Materials kann durch die Vickers-Test bestimmt werden, der eine Diamantpyramide in die Oberfläche des Materials und Messung der Einbuchtung beinhaltet drücken. Wie erwartet, arbeitete der Vickers-Test auf ADNRs nicht und die Schlussfolgerung war daher, dass ADNRs mindestens so hart wie herkömmlicher Diamant ist.
Materialwissenschaft entwickelt sich ständig weiter und Fakten wie ‚Diamant ist das härteste Material‘ ist mit einem Ablaufdatum. Ich glaube nicht, Nanomaterialien jemals einkristallinem Diamant als ein Mädchen die beste Freundin ersetzen, aber sie sind durchaus in der Lage den Edelstein von kratzen.