Pentadiamante: una nuova struttura per diamanti super resitenti

di Silvia De Stefano 06—Lug—2020 / 5:36 PM

Grazie a calcoli effettuati al computer, scienziati dell’Università di Tsukuba propongono un nuovo modo di organizzare gli atomi di carbonio in un pentadiamante dalle incredibili proprietà di resistenza.

Potrebbe essere una svolta per le applicazioni industriali che si servono di diamanti per il taglio: il nuovo pentadiamante teorizzato dagli scienziati dell’Università di Tsukuba sarebbe ancora più resistente di una delle strutture naturali già note per essere tra le più dure.

I ricercatori hanno utilizzato i calcoli di un super computer per progettare un nuovo materiale a base di carbonio ancora più duro del diamante.

Questa struttura, soprannominata “pentadiamond” (pentadiamante) dai suoi creatori, può essere utile per sostituire gli attuali diamanti sintetici nei più difficili lavori di taglio industriali.

I diamanti, che sono fatti interamente di atomi di carbonio disposti in un reticolo denso, sono già famosi per la loro durezza senza pari. Tuttavia, il carbonio può formare molte altre configurazioni stabili, chiamate allotropi.

Questi includono la grafite, che ha tutt’altre caratteristiche rispetto al diamante, ma anche nanomateriali come i nanotubi di carbonio.

Le proprietà meccaniche, inclusa ovviamente la durezza, di ogni configurazione dipendono principalmente dal modo in cui i suoi atomi si legano tra loro.

Nei diamanti convenzionali, ogni atomo di carbonio forma un legame covalente con quattro vicini. I chimici chiamano atomi di carbonio come questo avere ibridazione sp3. Nei nanotubi e in alcuni altri materiali, ogni carbonio forma tre legami, secondo un’ibridazione sp2.
Ora, i ricercatori dell’Università di Tsukuba hanno esplorato cosa accadrebbe se gli atomi di carbonio fossero disposti in una struttura più complessa con una miscela di ibridazione sp3 e sp2.

Gli allotropi di carbonio con atomi ibridi sia sp2 che sp3 presentano una maggiore diversità morfologica dovuta all’enorme numero di combinazioni e disposizioni nelle reti

afferma il primo autore Yasumaru Fujii.

Per calcolare la configurazione atomica più stabile, oltre a stimarne la durezza, il team si è basato su un metodo computazionale chiamato teoria funzionale della densità (DFT).

Gli scienziati stimano che il modulo di Young, una misura della durezza, del pentadiamante dovrebbe essere di quasi 1700 GPa, rispetto a circa 1200 GPa del diamante convenzionale.

Non solo il pentadiamante è più duro del diamante convenzionale, la sua densità è molto più bassa, uguale a quella della grafite.

spiega la coautrice Mina Maruyama.

Questo lavoro mostra quanto può essere potente la progettazione di materiali. Oltre agli usi industriali di taglio e perforazione, il pentadiamante potrebbe essere utilizzaae al posto delle celle a incudine diamantate attualmente usate nella ricerca scientifica per ricreare l’estrema pressione all’interno dei pianeti.

ha affermato la professoressa Susumu Okada.