Los científicos han descubierto una nueva clase de material, el carbonitruro, que es tan duro como el diamante. El descubrimiento, resultado de una colaboración internacional y décadas de investigación, abre la posibilidad de una variedad de aplicaciones industriales debido a su durabilidad y otras propiedades como la fotoluminiscencia y la alta densidad de energía. Este avance, financiado con fondos internacionales y publicado en Advanced Materials, marca un avance importante en la ciencia de los materiales.

Los científicos han resuelto un enigma de décadas de antigüedad y han desvelado una sustancia casi indestructible que podría rivalizar con el diamante como el material más duro de la Tierra, según un estudio.

Los investigadores descubrieron que cuando los precursores de carbono y nitrógeno se someten a calor y presión extremos, el material resultante, el carbonitruro, es más duro que el nitruro de boro cúbico, el segundo material más duro después del diamante.

Los expertos dicen que el avance abre la puerta a aplicaciones industriales para este material versátil, incluidos revestimientos protectores para automóviles y naves espaciales, herramientas de corte de alta resistencia, paneles solares y fotodetectores.

Los investigadores de materiales han estado intentando aprovechar el potencial de los carbonitruros desde la década de 1980, cuando los científicos notaron por primera vez sus propiedades especiales, incluida una alta resistencia al calor.

Sin embargo, después de más de treinta años de investigación y múltiples intentos de síntesis, no ha habido resultados creíbles.

La cooperación internacional trae éxito

Ahora, un equipo internacional de científicos, que incluye investigadores del Centro de Ciencias de Condiciones Extremas de la Universidad de Edimburgo, expertos de la Universidad de Bayreuth en Alemania y la Universidad de Linköping en Suecia, finalmente ha logrado un gran avance.

El equipo puso varias formas de precursores de carbono y nitrógeno bajo presiones de 70 a 135 gigapascales (aproximadamente un millón de veces la presión atmosférica) mientras los calentaba a más de 1.500 grados Celsius.

Para determinar la disposición atómica de estos compuestos en estas condiciones, las muestras se iluminaron con intensos haces de rayos X en tres aceleradores de partículas: el Centro Europeo de Investigación de Sincrotrones en Francia, el Sincrotrón Deutsche Electron en Alemania y la Fuente Avanzada de Fotones en Estados Unidos.

Los investigadores descubrieron que hay tres compuestos de nitruro de carbono que tienen los componentes básicos necesarios para lograr una ultradureza. Sorprendentemente, los tres compuestos conservaron sus cualidades similares a las del diamante cuando volvieron a las condiciones de presión y temperatura ambiente. Otros cálculos y experimentos demostraron que estos nuevos materiales también poseen otras propiedades, como la fotoluminiscencia y una alta densidad de energía.

Los investigadores dicen que estos carbonitruros ultracomprimidos tienen una amplia gama de aplicaciones potenciales y podrían convertirse en el material de ingeniería definitivo comparable al diamante.

La investigación, publicada en Advanced Materials, fue financiada por el programa FLF de la Royal Institution y el Fondo Europeo de Investigación.

El Dr. Dominique Laniel, miembro de Future Leaders en el Instituto de Física de la Materia Condensada y Sistemas Complejos de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Edimburgo, dijo: "Al descubrir el primer nuevo material de nitruro de carbono, no podemos creer que un material con el que los investigadores han soñado durante las últimas tres décadas esté finalmente disponible. Estos materiales proporcionan un poderoso impulso para cerrar la brecha entre la síntesis de materiales de alta presión y las aplicaciones industriales".

El Dr. Florian Trybel, profesor asistente en el Departamento de Física, Química y Biología de la Universidad de Linköping, dijo: "Estos materiales no sólo muestran una notable versatilidad sino que también muestran que fases tecnológicamente relevantes de la materia pueden recuperarse 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 el campo".

Fuente compilada: ScitechDaily