اكتشاف مادة جديدة تنافس الأحجار النفيسة والماس

اكتشف العلماء مادة شبه غير قابلة للكسر يمكن أن تنافس الماس باعتبارها أصلب مادة على وجه الأرض، حيث وجد الباحثون أنه عندما تعرضت جزيئات الكربون والنيتروجين للحرارة والضغط الشديدين، كانت المواد الناتجة، المعروفة باسم نيتريدات الكربون، أكثر صلابة من نيتريد البورون المكعب، ثاني أصلب مادة بعد الماس.

وقال الخبراء إن هذا الاختراق يفتح الأبواب أمام استخدام مواد متعددة الوظائف للأغراض الصناعية بما في ذلك الطلاءات الواقية للسيارات وسفن الفضاء وأدوات القطع عالية التحمل والألواح الشمسية وأجهزة الكشف الضوئي.

يحاول باحثو المواد اكتشاف إمكانات نيتريدات الكربون منذ الثمانينيات، عندما لاحظ العلماء لأول مرة خصائصها الاستثنائية، بما في ذلك المقاومة العالية للحرارة.

ومع ذلك، بعد أكثر من ثلاثة عقود من البحث والمحاولات المتعددة لتوليفها، لم يتم الإبلاغ عن أي نتائج موثوقة.

وحقق فريق دولي من العلماء - بقيادة باحثين من مركز العلوم في الظروف القاسية بجامعة إدنبره وخبراء من جامعة بايرويت بألمانيا وجامعة لينكوبنج بالسويد - تقدمًا كبيرًا.

مواد نيتريد الكربون الجديدة

وقال الدكتور دومينيك لانييل، زميل قادة المستقبل في معهد فيزياء المواد المكثفة والأنظمة المعقدة، كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة إدنبرة: "عند اكتشاف أول مادة من مواد نيتريد الكربون الجديدة، كنا متشككين أنتجت مواد كان الباحثون يحلمون بها على مدى العقود الثلاثة الماضية، وتوفر هذه المواد حافزًا قويًا لسد الفجوة بين تصنيع المواد عالية الضغط والتطبيقات الصناعية."

وقام فريق البحث بتعريض أشكال مختلفة من جزيئات نيتروجين الكربون لضغوط تتراوح بين 70 و135 جيجاباسكال - حوالي مليون ضعف الضغط الجوي لدينا - أثناء تسخينها إلى درجات حرارة تزيد عن 1500 درجة مئوية.

لتحديد الترتيب الذري للمركبات في ظل هذه الظروف، تم إضاءة العينات بواسطة شعاع أشعة سينية مكثف في ثلاثة مسرعات جسيمات - مرفق أبحاث السنكروترون الأوروبي في فرنسا، وشركة Deutsches Elektronen-Synchrotron في ألمانيا، ومصدر الفوتون المتقدم القائم على في الولايات المتحدة الأمريكية.

اكتشف الباحثون وعلماء الفيزياء أن ثلاثة مركبات من مادة نيتريد الكربون التي تشبه الالماس تحتوي على العناصر الأساسية اللازمة للصلابة الفائقة.