Vật liệu siêu cứng mới được tổng hợp trên cơ sở các phân tử hoàn toàn carbon

Công trình khoa học mở đường cho những nghiên cứu trong tương lai về vật liệu siêu cứng trên cơ sở fullerene, vật liệu tiềm năng sử dụng trong các thiết bị quang điện và quang học, các phần tử của điện tử nano và quang điện tử, kỹ thuật y sinh chất tương phản hiệu suất cao trong kỹ thuật y sinh… Báo cáo khoa học của nghiên cứu được xuất bản trên tạp chí Carbon.

Cách đây gần 40 năm, các nhà khoa học phát hiện ra các phân tử mới, hoàn toàn là carbon, được gọi là fullerene là một bước đột phá mang tính cách mạng, mở đường cho công nghệ nano fullerene. Fulleren có dạng hình cầu, tạo ra từ các liên kết ngũ giác và lục giác nguyên tử carbon, tương tự như quả bóng đá với khoang bên trong khung carbon của phân tử fullerene có thể chứa nhiều nguyên tử khác nhau.

Vật liệu fullerene có độ cứng siêu cao. Ảnh NUST MISIS

Đưa các nguyên tử kim loại vào lồng carbon hình thành các metallofullerene nội diện (EMF), có vai trò quan trọng trong công nghệ và khoa học do cấu trúc độc đáo và đặc tính quang điện tử của vật liệu.

Nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NUST) MISIS, Viện Công nghệ Vật liệu carbon siêu cứng và mới,  Viện Vật lý Kirensky FRC KSC SB RAS lần đầu tiên thu được scandium chứa EMF và nghiên cứu được quy trình sự trùng hợp vật liệu.

Quá trình trùng hợp là quá trình các phân tử không liên kết liên kết với nhau, tạo thành một vật liệu trùng hợp có liên kết hóa học. Hầu hết các phản ứng trùng hợp được thực hiện với tốc độ nhanh dưới áp suất cao.

Sau khi thu được scandium chứa fulleren từ carbon ngưng tụ bằng phương pháp plasma phóng điện hồ quang cao tần, vật liệu được đặt trong một tế bào đe kim cương, thiết bị linh hoạt và phổ biến thường được sử dụng để tạo ra áp suất rất cao để nén vật chất.

TS Pavel Sorokin, nhà nghiên cứu cao cấp của Phòng thí nghiệm vật liệu nano vô cơ NUST MISIS cho biết, những nguyên tử khách tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trùng hợp. Các nguyên tử scandium làm thay đổi hoàn toàn quá trình liên kết fullerene do sự phân cực của các liên kết carbon, tăng hoạt tính hóa họccủa vật chất.

Nghiên cứu này sẽ mở đường cho các công trình khoa học về phức chất nội tiếp fullerit như một vật liệu vĩ mô và có thể coi EMF không chỉ là một cấu trúc nano cơ bản mà còn là một vật liệu tiên tiến, được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ quan trọng mang tính cách mạng trong tương lai.