Natuurkundigen hebben koolstof en stikstof samengeperst onder een enorme druk en bij een zeer hoge temperatuur. Zo maakten ze het op een na hardste materiaal ter wereld.
Een nieuw materiaal is harder dan alle andere materialen behalve diamant. Wetenschappers wilden het spul al tientallen jaren maken, en nu is dat eindelijk gelukt. De productie vergde een immense hitte en druk. Het materiaal kan gebruikt worden in snijgereedschappen, in sensoren en zelfs als explosief.
Lange adem
In 1989 bedachten onderzoekers dat een bepaalde combinatie van koolstof en stikstof nog robuuster zou moeten zijn dan diamant, het hardste materiaal dat we kennen. Maar tot nog toe waren alle pogingen om het spul te maken vergeefs.
‘Einstein liep als theoreticus vast op de nieuwe bevindingen’
Toen de Nederlandse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes iets geks ontdekte over supergeleiding, was dit onder veel fysici het gesprek van de dag. Maa ...
Materiaalwetenschapper Dominique Laniel van de Universiteit van Edinburgh in het Verenigd Koninkrijk en zijn collega’s hebben daar nu verandering in gebracht. Zij hebben minuscule stukjes van het koolstofnitridemateriaal gemaakt. Ze deden dit door koolstof en stikstof tussen twee diamanten punten samen te persen bij 700.000 keer de atmosferische druk. Daarnaast verhitten ze het spul met behulp van lasers tot 3000 graden Celsius. Zij beschreven hun methode in het wetenschappelijk tijdschrift Advanced Materials.
Top 3
Diamant heeft een hardheid van ongeveer 90 gigapascal (GPa). Het materiaal dat tot voor kort op de tweede plek stond, kubisch boornitride, scoort tussen de 50 en 55 GPa. Laniel zegt dat het nieuwe materiaal tussen 78 en 86 GPa behaalt, afhankelijk van welke van drie verschillende mogelijke kristalstructuren ontstaat.
Het idee uit 1989 dat de stof harder zou zijn dan diamant is hiermee weerlegd. Het lijkt erop dat geen enkel materiaal diamant kan overtreffen.
‘Er zit een enorme afstand tussen diamant en de [vorige] op een na beste. We beginnen die kloof te dichten’, zegt Laniel.
Open voor suggesties
Tot nog toe noemt zijn team het materiaal ‘koolstofnitride’, ook al bestaan er ook andere materialen die uit deze twee elementen bestaan en die heel anders zijn. Maar als de naam nauwkeuriger de chemische samenstelling zou weergeven, zou het ‘een beetje een mondvol’ zijn, vinden de onderzoekers. Zij staan daarom open voor suggesties.
De gemaakte stukjes koolstofnitride zijn maar 5 micrometer in doorsnee en 3 micrometer hoog. Het opschalen van de productie zou weleens moeilijk kunnen zijn. Je kunt grotere stukjes maken door grotere diamanten te gebruiken om het spul tussen samen te drukken, maar dan zou de druk ook nóg verder moeten oplopen.
Dat kan de productie van koolstofnitride duurder maken dan diamant. Maar Laniel zegt dat het materiaal ook voordelen heeft ten opzichte van diamant. Zo kan het onder druk een elektrisch signaal afgeven. Dat maakt het nuttig voor toepassingen in sensoren.
Daarnaast heeft het spul een hoge energiedichtheid. Dat betekent dat het een krachtig explosief kan vormen. Bovendien zou het als explosief minder giftig voor het milieu zijn dan de huidige alternatieven, aldus Laniel.
