اكتشف العلماء مادة شبه غير قابلة للكسر يمكن أن تنافس الماس باعتبارها أصلب مادة على وجه الأرض.

ووجد الباحثون أنه عندما تعرضت جزيئات الكربون والنيتروجين للحرارة والضغط الشديدين كانت المواد الناتجة المعروفة باسم نيتريدات الكربون أكثر صلابة من نيتريد البورون المكعب ثاني أصلب مادة بعد الماس.

وقال الخبراء إن هذا الاختراق يفتح الأبواب أمام استخدام مواد متعددة الوظائف للأغراض الصناعية بما في ذلك الطلاءات الواقية للسيارات وسفن الفضاء وأدوات القطع عالية التحمل والألواح الشمسية وأجهزة الكشف الضوئي.

يحاول باحثو المواد اكتشاف إمكانات نيتريدات الكربون منذ الثمانينيات عندما لاحظ العلماء لأول مرة خصائصها الاستثنائية بما في ذلك المقاومة العالية للحرارة.

ومع ذلك بعد أكثر من ثلاثة عقود من البحث والمحاولات المتعددة لتوليفها لم يتم الإبلاغ عن أي نتائج موثوقة.

ومع ذلك فقد حقق فريق دولي من العلماء  بقيادة باحثين من مركز العلوم في الظروف القاسية بجامعة إدنبره وخبراء من جامعة بايرويت بألمانيا وجامعة لينكوبنج بالسويد تقدمًا كبيرًا.

وقال الدكتور دومينيك لانييل زميل قادة المستقبل في معهد فيزياء المواد المكثفة والأنظمة المعقدة كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة إدنبرة: "عند اكتشاف أول مادة من مواد نيتريد الكربون الجديدة كنا متشككين أنتجت مواد كان الباحثون يحلمون بها على مدى العقود الثلاثة الماضية.

فقد قام فريق البحث بتعريض أشكال مختلفة من جزيئات نيتروجين الكربون لضغوط تتراوح بين 70 و135 جيجاباسكال  حوالي مليون ضعف الضغط الجوي لدينا أثناء تسخينها إلى درجات حرارة تزيد عن 1500 درجة مئوية.

ولتحديد الترتيب الذري للمركبات في ظل هذه الظروف تم إضاءة العينات بواسطة شعاع أشعة سينية مكثف في ثلاثة مسرعات جسيمات مرفق أبحاث السنكروترون الأوروبي في فرنسا وشركة Deutsches Elektronen-Synchrotron في ألمانيا ومصدر الفوتون المتقدم القائم في الولايات المتحدة الأمريكية.

وقد اكتشف الباحثون أن ثلاثة مركبات من نيتريد الكربون تحتوي على العناصر الأساسية اللازمة للصلابة الفائقة.

ووجدوا أن المركبات الثلاثة احتفظت بصفاتها الشبيهة بالألماس عندما عادت إلى ظروف الضغط ودرجة الحرارة المحيطة.

وتشير الحسابات والتجارب الإضافية إلى أن المواد الجديدة تحتوي على خصائص إضافية بما في ذلك اللمعان الضوئي وكثافة الطاقة العالية حيث يمكن تخزين كمية كبيرة من الطاقة في كمية صغيرة من الكتلة.

يقول الباحثون إن التطبيقات المحتملة لنتريدات الكربون غير القابلة للضغط للغاية واسعة النطاق مما قد يجعلها مواد هندسية نهائية لمنافسة الماس. وقال الدكتور فلوريان تريبل الأستاذ المساعد في قسم الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا بجامعة لينكوبنج: "هذه المواد ليست فقط رائعة في وظائفها المتعددة ولكنها تظهر أنه يمكن استعادة المراحل ذات الصلة من الناحية التكنولوجية من معادل ضغط التوليف". للظروف الموجودة على بعد آلاف الكيلومترات في باطن الأرض.

المصدر مجلة Advanced Materials

ترجمة راما قادوس