Chercheurs de l'Institut de physique et de technologie de Moscou, Institut technologique des matériaux carbonés superdurs et nouveaux à Troitsk, MISiS, et MSU ont développé une nouvelle méthode pour la synthèse d'un matériau ultradur qui dépasse le diamant en dureté. Un article récemment publié dans la revue Carbone décrit en détail une méthode qui permet la synthèse de fullerite ultradur, un polymère composé de fullerènes, ou des molécules sphériques constituées d'atomes de carbone.

Dans leur travail, les scientifiques notent que le diamant n'a pas été le matériau le plus dur depuis un certain temps maintenant. Les diamants naturels ont une dureté de près de 150 GPa, mais la fullerite ultradure a dépassé le diamant pour devenir la première sur la liste des matériaux les plus durs avec des valeurs allant de 150 à 300 GPa.

Tous les matériaux plus durs que le diamant sont appelés matériaux ultra durs. Les matériaux plus tendres que le diamant mais plus durs que le nitrure de bore sont appelés superdurs. Nitrure de bore, avec son réseau cubique, est presque trois fois plus dur que le corindon bien connu.

Les fullerites sont des matériaux constitués de fullerènes. À leur tour, Les fullerènes sont des molécules de carbone sous forme de sphères constituées de 60 atomes. Le fullerène a été synthétisé pour la première fois il y a plus de 20 ans, et un prix Nobel a été décerné pour ce travail. Les sphères de carbone dans la fullerite peuvent être disposées de différentes manières, et la dureté du matériau dépend en grande partie de leur degré d'interconnexion. Dans la fullerite ultradure découverte par les ouvriers du Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials (FSBITISNCM), C 60 les molécules sont interconnectées par des liaisons covalentes dans toutes les directions, un matériau que les scientifiques appellent un polymère tridimensionnel.

Cependant, les méthodes permettant de produire ce matériau prometteur à l'échelle industrielle ne sont pas encore disponibles. Pratiquement, la forme carbone extra-dur est d'un intérêt primordial pour les spécialistes du traitement des métaux et autres matériaux :plus un outil est dur, plus ça marche, et plus les détails peuvent être traités de manière qualitative.

Ce qui rend la synthèse de fullerite en grande quantité si difficile, c'est la haute pression requise pour que la réaction commence. La formation du polymère tridimensionnel commence à une pression de 13 GPa, ou 130, 000 atm. Mais les équipements modernes ne peuvent pas fournir une telle pression à grande échelle.

Les scientifiques de la présente étude ont montré que l'ajout de disulfure de carbone (CS 2 ) au mélange initial de réactifs peut accélérer la synthèse des fullerites. Cette substance est synthétisée à l'échelle industrielle, est activement utilisé dans diverses entreprises, et les technologies pour travailler avec sont bien développées. D'après des expériences, le disulfure de carbone est un produit final, mais ici il agit comme un accélérateur. Utilisation de CS 2 , la formation du précieux matériau extradur devient possible même si la pression est plus faible et s'élève à 8 GPa. En outre, alors que les efforts précédents pour synthétiser la fullerite à une pression de 13 GPa nécessitaient un chauffage jusqu'à 1100K (plus de 820 degrés Celsius), dans le cas présent, il se produit à température ambiante.

"La découverte décrite dans cet article (la synthèse catalytique de fullerite ultradur) va créer un nouveau domaine de recherche en science des matériaux car elle réduit considérablement la pression nécessaire à la synthèse et permet de fabriquer le matériau et ses dérivés à l'échelle industrielle", a expliqué Mikhaïl Popov, le principal auteur de la recherche et le chef du laboratoire des nanomatériaux fonctionnels au FSBI TISNCM.