Najnowsze materiały powstające dzięki wysokiemu ciśnieniu

Czy najnowsze materiały powstające dzięki wysokiemu ciśnieniu są przyszłością?

Zanim omówimy ciekawe doświadczenie przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu w Linköping, przybliżymy parę faktów z dziedziny chemii. Przede wszystkim zauważmy, że większość związków chemicznych oraz innych materiałów są w stanie zmienić swoje pierwotne właściwości na skutek wysokiego ciśnienia lub temperatury. Najlepszym na to przykładem jest znany nam wszystkim diament. Choć proces ten odbywa się naturalnie, to wspaniale, że naukowcy inspirują się w swoich badaniach zjawiskami, które obserwujemy w przyrodzie. Wróćmy jednak do diamentu. Zanim powstanie z niego szlachetne i drogie kruszywo, to pierwotnie występuje jako węgiel organiczny. Następnie jest on przez bardzo długi czas kompresowany przez ciśnienie z głębi Ziemi, co w efekcie tworzy kamień szlachetny. Podobnie laboranci postępują z innymi materiałami, poddając je czynnikom takim jak choćby wysokie ciśnienie. Czy najnowsze materiały powstające dzięki wysokiemu ciśnieniu znajdą swoje zastosowanie? Zapewne tak! Przede wszystkim w informatyce, robotyce oraz zaawansowanym przemyśle elektronicznym i w tworzeniu aplikacji aplikacji.

Badania naukowców z Uniwersytetu w Linköping

Badacze wykorzystując powyższą technikę spreparowali nowy materiał. Jego synteza okazała się możliwa dzięki metodzie wytworzenia wysokiego ciśnienia i to trzy razy wyższego niż wewnątrz Ziemi. Głównym pomysłodawcą badań jest Igor Abrikosov, który również wypowiedział się na łamach czasopisma naukowego Nature:

„Zgodnie z naszym modelowaniem teoretycznym powinno być możliwe odkrycie zupełnie nowych materiałów pod ciśnieniem sięgającym jednego terapaskal – to trzy razy więcej niż ciśnienie w centrum Ziemi. Ale do tej pory technologia ograniczała możliwości”.

Zaznaczył on również, że do tej pory badacze wykorzystywali jedynie 200 gigapaskali, za sprawą procesu zwanego krystalografią wysokociśnieniową. Dzięki kreatywności naukowców z Bayreuth University we współpracy z Linköping University opracowali nowoczesną metodę. Dzięki niej możemy tworzyć nowe materiały przy nawet 900 gigapaskali!  

Jakie narzędzia wykorzystujemy podczas procesu tworzenia niecodziennych materiałów?

Podczas badań laboratoryjnych nad pozyskaniem nowych materiałów wskutek wysokiego ciśnienia badacze użyli:

• lasera;

• tzw. dwustopniowej komórki kowadełka, wykonanej z diamentu.

Po raz pierwszy przy użyciu powyższych narzędzi w ultrawysokociśnieniowych warunkach udało się pozyskać stop renu i azotu. Dokonano też zsyntetyzowania azotku renu. Nie są już to jedynie wytwory wyobraźni naukowców a  produkty rzeczywiste! Natalia Durovinskaia – profesor Uniwersytetu Bayreuth jest optymistycznie nastawiona do przyszłości tych badań. Według niej:

„Jeżeli w przyszłości zastosujemy krystalografię wysokociśnieniową w zakresie terapaskal, możemy dokonać dalszych zaskakujących odkryć. Drzwi są teraz szeroko otwarte dla kreatywnych badań materiałów, które generują i wizualizują nieoczekiwane struktury w ekstremalnych warunkach”.

Kolejne kroki w badaniach, jakie musimy podjąć to doprowadzenie ich do perfekcji, tak by wiele materiałów wskutek wysokiego ciśnienia i nacisku nie rozpadło się. Jeśli naukowcy nad tym zapanują i odpowiednio zhartują te nowe substancje, to istnieje szansa na wykorzystanie nowo powstałych materiałów w różnych aplikacjach.