Investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Moscú, Instituto Tecnológico de Materiales de Carbono Superduro y Novedoso en Troitsk, MISiS, y MSU han desarrollado un nuevo método para la síntesis de un material ultraduro que supera al diamante en dureza. Un artículo publicado recientemente en la revista Carbón describe en detalle un método que permite la síntesis de fullerita ultradura, un polímero compuesto de fullerenos, o moléculas esféricas hechas de átomos de carbono.

En su trabajo, los científicos señalan que el diamante no ha sido el material más duro desde hace algún tiempo. Los diamantes naturales tienen una dureza de casi 150 GPa, pero la fullerita ultradura ha superado al diamante para convertirse en el primero en la lista de materiales más duros con valores que oscilan entre 150 y 300 GPa.

Todos los materiales que son más duros que el diamante se denominan materiales ultraduros. Los materiales más blandos que el diamante pero más duros que el nitruro de boro se denominan superduros. Nitruro de boro, con su celosía cúbica, es casi tres veces más duro que el conocido corindón.

Las fulleritas son materiales que consisten en fullerenos. En su turno, Los fullerenos son moléculas de carbono en forma de esferas que constan de 60 átomos. El fullereno se sintetizó por primera vez hace más de 20 años, y se otorgó un premio Nobel por ese trabajo. Las esferas de carbono dentro de la fullerita se pueden organizar de diferentes maneras, y la dureza del material depende en gran medida de cuán interconectados estén. En la fullerita ultradura descubierta por los trabajadores del Instituto Tecnológico de Materiales de Carbono Superduro y Novedoso (FSBITISNCM), C ₆₀ las moléculas están interconectadas por enlaces covalentes en todas las direcciones, un material que los científicos llaman polímero tridimensional.

Sin embargo, los métodos que proporcionan la producción de este material prometedor a escala industrial aún no están disponibles. Prácticamente, la forma de carbono superduro es de interés principal para los especialistas en el campo del procesamiento de metales y otros materiales:cuanto más dura es una herramienta, cuanto más tiempo funciona, y cuanto más cualitativamente se puedan procesar los detalles.

Lo que dificulta la síntesis de fullerita en grandes cantidades es la alta presión necesaria para que comience la reacción. La formación del polímero tridimensional comienza a una presión de 13 GPa, o 130, 000 atm. Pero los equipos modernos no pueden proporcionar tal presión a gran escala.

Los científicos del estudio actual han demostrado que la adición de disulfuro de carbono (CS ₂ ) a la mezcla inicial de reactivos puede acelerar la síntesis de fullerita. Esta sustancia se sintetiza a escala industrial, se utiliza activamente en varias empresas, y las tecnologías para trabajar con él están bien desarrolladas. Según los experimentos, el disulfuro de carbono es un producto final, pero aquí actúa como acelerador. Usando CS ₂ , la formación del valioso material superduro se hace posible incluso si la presión es menor y asciende a 8GPa. Además, mientras que los esfuerzos anteriores para sintetizar fullerita a una presión de 13 GPa requirieron calentar hasta 1100 K (más de 820 grados Celsius), en el presente caso ocurre a temperatura ambiente.

"El descubrimiento descrito en este artículo (la síntesis catalítica de fullerita ultradura) creará una nueva área de investigación en ciencia de materiales porque reduce sustancialmente la presión requerida para la síntesis y permite fabricar el material y sus derivados a escala industrial", explicó Mikhail Popov, el autor principal de la investigación y el jefe del laboratorio de nanomateriales funcionales en FSBI TISNCM.