Les scientifiques russes synthétisent un nouveau matériau ultra-dur

Matériau russe ultra-dur

Crédit : NUST MISIS

Des scientifiques russes ont synthétisé un nouveau matériau ultra-dur contenant du scandium et du carbone. Il s’agit de molécules de fullerène polymérisées contenant des atomes de scandium et de carbone. Ces travaux ouvrent la voie à de futures études sur les matériaux ultra-durs à base de fullerène, ce qui en fait un candidat potentiel pour une utilisation dans les dispositifs photovoltaïques et optiques, les éléments de nanoélectronique et d’optoélectronique, l’ingénierie biomédicale en tant qu’agents de contraste à haute performance, etc. L’étude a été publiée dans la revue Carbone.

La découverte de nouvelles molécules entièrement en carbone, connues sous le nom de fullerènes, il y a près de quarante ans, a constitué une percée révolutionnaire qui a ouvert la voie à la nanotechnologie des fullerènes. Les fullerènes ont une forme sphérique faite de pentagones et d’hexagones qui ressemble à un ballon de football, et une cavité à l’intérieur de la trame carbonée des molécules de fullerène peut accueillir une variété d’atomes.

Fullerène russe

Crédit : NUST MISIS

L’introduction d’atomes métalliques dans des cages de carbone conduit à la formation de métallofullerènes endoédriques (EMF) qui sont technologiquement et scientifiquement importants en raison de leurs structures uniques et de leurs propriétés optoélectroniques.

Une équipe de chercheurs de la National University of Science and Technology (NUST) MISIS, Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials, et Kirensky Institute of Physics FRC KSC SB RAS ont obtenu, pour la première fois, des EMFs contenant du scandium et ont étudié le processus de leur polymérisation. La polymérisation est le processus par lequel des molécules non liées se lient entre elles pour former un matériau polymérisé chimiquement lié. La plupart des réactions de polymérisation se déroulent à un rythme plus rapide sous haute pression.

Après l’obtention des fullerènes contenant du scandium à partir du condensat de carbone à l’aide d’une décharge en arc à haute fréquence plasma, they were placed in a diamond anvil cell, the most versatile and popular device used to create very high pressures.

Pavel Sorokin

Pavel Sorokin. Credit: NUST MISIS

“We have found that guest atoms facilitate the polymerization process. Scandium atoms change the fullerene bonding process completely by the polarization of the carbon bonds, which leads to an increase in their chemical activity. The material obtained was less rigid than pristine polymerized fullerenes, it was easier to obtain,” said Pavel Sorokin, senior researcher at the NUST MISIS Laboratory of Inorganic Nanomaterials.

The study will pave the way for studies of fullerite endohedral complexes as a macroscopic material and make it possible to consider EMF not only as a nanostructure of fundamental interest but also as a promising material that may be in demand in various fields of science and technology in the future, the researchers believe.

Reference: “Insights into fullerene polymerization under the high pressure: The role of endohedral Sc dimer” by S. V. Erohin, V. D. Churkin, N. G. Vnukov, M. A. Visotin, E. A. Kovalev, V. V. Zhukov, L. Yu. Antipina, Ye. V. Tomashevich, Yu. L. Mikhlin, M. Yu. Popov, G. N. Churilov, P. B. Sorokin and A. S. Fedorov, 8 December 2021, Carbon.
DOI: 10.1016/j.carbon.2021.12.040

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