Çinli bilim insanları, elmasın sertliğini korurken kırılmaya karşı dayanıklılığını yaklaşık 6 kat artıran yeni bir kompozit malzeme geliştirdi. Hakemli bilim dergisi Nature Synthesis’te yayımlanan araştırmaya göre malzeme, sert bir darbeyle kırılmaya karşı geleneksel elmastan çok daha dirençli. Çin Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü ve Beihang Üniversitesi'nden araştırmacılar, elmas tanelerinin arasına çok duvarlı karbon nanotüpler (MWCNT) yerleştirdi. İnsan saçının yaklaşık 10 binde biri kalınlığındaki nanotüpler, elmas taneleri arasında üç boyutlu bir destek ağı oluşturarak çatlakların ilerlemesini engelliyor. Araştırmacılar, elmas tozu ile nanotüpleri yaklaşık 2 bin santigrat derece sıcaklık ve 15 gigapaskal basınç altında birleştirdi. Bu işlem, nanotüplerin lifli yapısını korurken elmasla atomik düzeyde güçlü bağlar kurmasını sağladı.
Elmasın içine karbon nanotüp ağı
Daha önce karbon nanotüplerin seramik veya metallere eklenmesiyle benzer sonuçlara ulaşılmaya çalışılmıştı. Ancak nanotüpler ile temel malzeme arasında yalnızca zayıf fiziksel temas oluşması, kuvvetin etkili biçimde aktarılmasını ve yükün paylaşılmasını engelliyordu. Çinli araştırmacılar ise farklı bir yöntem izledi. Öncelikle elmas üretiminde kullanılacak mikroskobik toz ile karbon nanotüpleri homojen biçimde karıştırdılar. Ardından karışımı yaklaşık 2 bin santigrat derece sıcaklıkta ve 15 gigapaskal basınç altında işleme tabi tuttular. Bu basınç, normal atmosfer basıncının yaklaşık 150 bin katına denk geliyor.
Basınç seviyesi özellikle dikkatle belirlendi. Amaç, malzemelerin birbirine güçlü biçimde bağlanmasını sağlayacak kadar yüksek; karbon nanotüplerin elmasa dönüşmesine yol açmayacak kadar düşük bir basınç uygulamaktı. Basıncın daha düşük olması durumunda ise elmas tozunun grafite dönüşmesi riski bulunuyordu.
Sonuçta karbon nanotüpler lifli yapılarını korurken elmasla atomik düzeyde güçlü kimyasal bağlar oluşturdu. Araştırmacılar, ortaya çıkan yapıyı beton içerisindeki demir donatıya benzetiyor.
Laboratuvar testlerinde kompozitin sertliği ve kırılma tokluğunun ulaştığı seviye, geleneksel elmasa kıyasla yaklaşık 5 ila 6 kat daha dayanıklı olduğunu gözler önüne serdi. Yeni malzemenin; metal ve seramik kesme takımları, jeolojik sondaj ekipmanları ve havacılık-uzay bileşenlerinde kullanılabileceği belirtiliyor.
