Ryska forskare har syntetiserat ett nytt ultrahårt material bestående av skandium innehållande kol. Den består av polymeriserade fullerenmolekyler med skandium- och kolatomer inuti. Arbetet banar väg för framtida studier av fullerenbaserade ultrahårda material, vilket gör dem till en potentiell kandidat för fotovoltaiska och optiska enheter, element av nanoelektronik och optoelektronik, och biomedicinsk ingenjörskonst som högpresterande kontrastmedel. Studien publicerades i Carbon .

Upptäckten av nya kolmolekyler, kända som fullerener för nästan 40 år sedan, var ett revolutionerande genombrott som banade väg för fullerennanoteknik. Fullerener har en sfärisk form gjord av pentagoner och hexagoner som liknar en fotboll, och en hålighet inom kolramen av fullerenmolekyler kan rymma en mängd olika atomer.

Införandet av metallatomer i kolburar leder till bildandet av endoedriska metallofullerener (EMF), som är tekniskt och vetenskapligt viktiga på grund av sina unika strukturer och optoelektroniska egenskaper.

Ett team av forskare från NUST MISIS, Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials och Kirensky Institute of Physics har för första gången erhållit skandiuminnehållande elektromagnetiska fält och studerat processen för deras polymerisation. Polymerisation är den process genom vilken obundna molekyler länkar samman för att bilda ett kemiskt bundet polymeriserat material. De flesta polymerisationsreaktioner fortgår med en snabbare hastighet under högt tryck.

Efter att de skandiumhaltiga fullerenerna erhölls från kolkondensat med hjälp av ett högfrekvent ljusbågsurladdningsplasma, placerades de i en diamantstädcell, den mest mångsidiga och populära enheten som används för att skapa mycket höga tryck.

"Vi har funnit att gästatomer underlättar polymerisationsprocessen. Skandiumatomer förändrar fullerenbindningsprocessen helt genom polariseringen av kolbindningarna, vilket leder till en ökning av deras kemiska aktivitet. Det erhållna materialet var mindre styvt än orörda polymeriserade fullerener, det var lättare att få tag på", säger Pavel Sorokin, seniorforskare vid NUST MISIS Laboratory of Inorganic Nanomaterials.

Studien kommer att bana väg för studier av fullerit endohedriska komplex som ett makroskopiskt material och göra det möjligt att betrakta EMF inte bara som en nanostruktur av fundamentalt intresse utan också som ett lovande material som kan efterfrågas inom olika vetenskaps- och teknikområden i framtiden, tror forskarna. + Utforska vidare

Stämbara elektroniska egenskaper för metallofullerener