NUEVOS MATERIALES

Un diamante ultraduro a partir de cebollas de carbono

Los científicos llevan décadas intentando sintetizar un material más duro que el diamante. Un equipo de investigadores acaba de conseguirlo utilizando esferas de fullerenos. El resultado puede ayudar a generar mejores y más precisas herramientas de corte.

Una cebolla de carbono de 10 capas de fullerenos: C60, C240, C540, C960, C1.500, C2.160, C2.940, C3.840, C4.860 and C6.000.
Una cebolla de carbono de 10 capas de fullerenos: C60, C240, C540, C960, C1.500, C2.160, C2.940, C3.840, C4.860 and C6.000. Yang et al (2014)

Un grupo de investigadores encabezado por Quan Huang, de la Universidad Yanshan, ha conseguido un diamante sintético a partir de cebollas de carbono que es más duro que el natural y capaz de soportar temperaturas aún más altas. Este diamante podría emplearse en herramientas de corte y molido que podrían usarse en condiciones muy extremas, tanto en ingeniería como en investigación científica. Los resultados aparecen publicados en Nature

Los investigadores consiguieron el diamante calentando cebollas de carbono, esferas de fullerenos anidadas unas en otras, a 2000ºC y una presión de 25 GPa (cientos de miles de veces la presión atmosférica). El diamante resultante es increíblemente duro (alrededor de 200GPa, del orden del doble que el diamante natural) y estable a temperaturas de hasta 1000ºC (200ºC más que el natural).

La comunidad científica lleva décadas intentando sintetizar un material más duro que el diamante

La comunidad científica lleva décadas intentando sintetizar un material más duro que el diamante. Los intentos realizados hasta ahora han consistido en crear granos cada vez más y más pequeños en la microestructura del material, con la esperanza de que las fronteras entre granos actuasen como soportes internos que reforzasen el material; por lo tanto, cuanto más pequeños los granos, más duro.

Los diamantes con granos que miden tan sólo una decenas de nanómetros se pueden conseguir calentando grafito (de lo que están hechas las minas de los lápices) a alta temperatura. Pero en el caso de Huang et al la dureza se consigue gracias a unas ultraestructuras dentro de los propios granos llamadas nanogemelos: segmentos cristalinos minúsculos que son imágenes especulares. A la vez que incrementan la dureza los nanogemelos hacen que el diamante sea más resistente a la oxidación, lo que le permite soportar temperaturas más altas.

Lo revolucionario en este caso ha sido el empleo de cebollas de carbono

Algunos grupos de investigación ya había intentado conseguir diamantes con nanogemelos, sin éxito. Lo revolucionario en este caso ha sido el empleo de cebollas de carbono como material de partida. Este material favorece la formación de nanogemelos facilitando la creación de puntos de nucleación (puntos en los que comienzan a crecer) y asegurando que la velocidad de crecimiento sea lenta.

Debido a su dureza y estabilidad térmica el nuevo diamante es ideal para herramientas industriales y para instrumentos científicos, como las celdas de yunque de diamante para estudiar la materia a altísimas presiones. Los investigadores ya trabajan en solucionar el principal inconveniente para su comercialización: reducir la gigantesca presión necesaria.

Referencia: Quan Huang, Dongli Yu, Bo Xu, Wentao Hu, Yanming Ma, Yanbin Wang, Zhisheng Zhao, Bin Wen, Julong He, Zhongyuan Liu & Yongjun Tian (2014) Nanotwinned diamond with unprecedented hardness and stability Nature, 510, 250–253, DOI:10.1038/nature13381 

 * Este artículo es parte de ‘Proxima’, una colaboración semanal de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV con Next. Para saber más, no dejes de visitar el Cuaderno de Cultura Científica.


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