Después de más de tres décadas de trabajo, los científicos creen que han creado un material casi irrompible que rivaliza con el diamante como la sustancia más dura de la Tierra. Un equipo internacional dirigido por investigadores del Centro de Ciencias de Condiciones Extremas de la Universidad de Edimburgo ha logrado un gran avance al sintetizar precursores de carbono y nitrógeno para crear un nitruro de carbono que es más duro que el nitruro de boro cúbico, actualmente el segundo material más duro después del diamante.
Dominique Laniel, de la Universidad de Edimburgo, dijo: "Al descubrir el primer nuevo material de nitruro de carbono, no podemos creer que finalmente esté disponible un material con el que los investigadores han soñado durante las últimas tres décadas. Estos materiales proporcionan un poderoso impulso para cerrar la brecha entre la síntesis de materiales de alta presión y las aplicaciones industriales".
Si bien los científicos reconocieron el potencial de los carbonitruros ya en la década de 1980, incluida su alta resistencia al calor, crearlos fue otra historia. De hecho, hasta ahora no se han realizado estudios creíbles sobre su síntesis.
Los investigadores señalaron en el informe de investigación: "Los carbonitruros con una estructura tridimensional de tetraedros CN4 son un gran deseo de la ciencia de materiales".
El equipo de investigación, que también incluía expertos en materiales de la Universidad de Bayreuth en Alemania y la Universidad de Linköping en Suecia, logró la hazaña sometiendo diferentes formas de precursores de carbono-nitrógeno a presiones de 70 a 135 gigapascales (o un millón de veces la presión atmosférica) mientras los calentaba a más de 1.500°C (2.732°F).
Luego se examinó la disposición atómica utilizando haces de rayos X en el Centro Europeo de Investigación de Sincrotrones en Francia, el Sincrotrón Deutsche Electron en Alemania y la Fuente Avanzada de Fotones en los Estados Unidos.
El análisis mostró que los compuestos de nitruro de carbono sintetizados contenían tres estructuras necesarias para lograr materiales superduros innovadores. Luego, los científicos se sorprendieron al descubrir que los tres compuestos conservaban sus propiedades superduras después de enfriarse y volver a la presión ambiental.
El equipo cree que este avance allana el camino para una variedad de usos, incluidos revestimientos protectores para vehículos y naves espaciales, potentes herramientas de corte y fotodetectores.
"Estos materiales no sólo destacan por su versatilidad, sino que también demuestran que se pueden recuperar fases tecnológicamente relevantes a partir de condiciones de presión sintética equivalentes a miles de kilómetros dentro de la Tierra. Estamos convencidos de que esta investigación colaborativa abrirá nuevas posibilidades en este campo", afirma Florian Trybel, profesor asistente en la Universidad de Linköping.
Si bien aún no se conoce el alcance funcional de este compuesto de nitruro de carbono incompresible, los investigadores también descubrieron que el compuesto tiene propiedades fotoluminiscentes, piezoeléctricas y de alta densidad energética, lo que le permite almacenar grandes cantidades de energía con una pequeña cantidad de masa.
Los investigadores declararon en el informe de investigación: "Los estudios de propiedades físicas muestran que estos fuertes materiales de enlace covalente son ultraincompresibles y ultraduros, además de tener alta densidad de energía, propiedades piezoeléctricas y fotoluminiscentes. Los nuevos carbonitruros son únicos entre los materiales de alta presión porque se producen a presiones superiores a 100 GPa y pueden restaurarse en condiciones ambientales en el aire".
La investigación fue publicada en la revista Advanced Materials.