Les scientifiques ont résolu une énigme vieille de plusieurs décennies et dévoilé une substance presque incassable qui pourrait rivaliser avec le diamant en tant que matériau le plus dur sur Terre. La recherche est publiée dans la revue Advanced Materials .
Les chercheurs ont découvert que lorsque les précurseurs de carbone et d'azote étaient soumis à une chaleur et une pression extrêmes, les matériaux résultants, appelés nitrures de carbone, étaient plus résistants que le nitrure de bore cubique, le deuxième matériau le plus dur après le diamant.
Selon les experts, cette avancée ouvre la porte à des matériaux multifonctionnels destinés à être utilisés à des fins industrielles, notamment des revêtements de protection pour voitures et vaisseaux spatiaux, des outils de coupe à haute endurance, des panneaux solaires et des photodétecteurs.
Les chercheurs en matériaux tentent d'exploiter le potentiel des nitrures de carbone depuis les années 1980, lorsque les scientifiques ont remarqué pour la première fois leurs propriétés exceptionnelles, notamment leur haute résistance à la chaleur.
Pourtant, après plus de trois décennies de recherche et de multiples tentatives pour les synthétiser, aucun résultat crédible n'a été rapporté.
Aujourd'hui, une équipe internationale de scientifiques, dirigée par des chercheurs du Centre pour la science dans des conditions extrêmes de l'Université d'Édimbourg et des experts de l'Université de Bayreuth, en Allemagne, et de l'Université de Linköping, en Suède, a finalement réalisé une percée.
L'équipe a soumis diverses formes de précurseurs d'azote carboné à des pressions comprises entre 70 et 135 gigapascals, soit environ 1 million de fois notre pression atmosphérique, tout en les chauffant à des températures supérieures à 1 500 °C.
Pour identifier la disposition atomique des composés dans ces conditions, les échantillons ont été éclairés par un faisceau de rayons X intense dans trois accélérateurs de particules :le Centre européen de recherche sur le synchrotron en France, le Deutsches Elektronen-Synchrotron en Allemagne et l'Advanced Photon Source basée à les États-Unis.
Les chercheurs ont découvert que trois composés de nitrure de carbone possèdent les éléments constitutifs nécessaires à une super-dureté.
Remarquablement, les trois composés ont conservé leurs qualités semblables à celles du diamant lorsqu'ils sont revenus aux conditions de pression et de température ambiantes.
D'autres calculs et expériences suggèrent que les nouveaux matériaux contiennent des propriétés supplémentaires, notamment la photoluminescence et une densité énergétique élevée, où une grande quantité d'énergie peut être stockée dans une petite quantité de masse.
Les chercheurs affirment que les applications potentielles de ces nitrures de carbone ultra-incompressibles sont vastes, ce qui les positionne potentiellement comme des matériaux d'ingénierie ultimes pour rivaliser avec les diamants.
"Lors de la découverte du premier de ces nouveaux matériaux en nitrure de carbone, nous étions incrédules d'avoir produit les matériaux dont les chercheurs rêvaient au cours des trois dernières décennies. Ces matériaux constituent une forte incitation à combler le fossé entre la synthèse de matériaux à haute pression et les applications industrielles", " déclare le Dr Dominique Laniel.
« Ces matériaux sont non seulement remarquables par leur multifonctionnalité, mais montrent également que des phases technologiquement pertinentes peuvent être récupérées à partir d'une pression de synthèse équivalente aux conditions trouvées à des milliers de kilomètres à l'intérieur de la Terre. Nous sommes convaincus que cette recherche collaborative ouvrira de nouvelles possibilités. pour le terrain", déclare le Dr Florian Trybel.
Plus d'informations : Dominique Laniel et al, Synthèse de nitrures de carbone ultra-incompressibles et récupérables comportant des tétraèdres CN4, Matériaux avancés (2023). DOI :10.1002/adma.202308030
Informations sur le journal : Matériaux avancés
Fourni par l'Université d'Édimbourg
