Découverte d’un matériau presque indestructible rivalisant avec le diamant

Une énigme qui a duré des décennies a été résolue par des scientifiques qui ont dévoilé un matériau presque indestructible pouvant rivaliser avec le diamant en tant que matériau le plus dur sur terre, selon une étude.

Les chercheurs ont découvert que lorsque des précurseurs de carbone et d’azote étaient soumis à une chaleur et une pression extrêmes, les matériaux résultants – connus sous le nom de nitrures de carbone – étaient plus résistants que le nitrure de bore cubique, le deuxième matériau le plus dur après le diamant.

Cette découverte rend possible l’utilisation de matériaux multifonctionnels pour des applications industrielles, notamment des revêtements protecteurs pour les voitures et les vaisseaux spatiaux, des outils de coupe à haute endurance, des panneaux solaires et des photodétecteurs, selon les experts.

Le potentiel des nitrures de carbone

Les chercheurs en matériaux ont tenté de débloquer le potentiel des nitrures de carbone depuis les années 1980, lorsque les scientifiques ont pour la première fois remarqué leurs propriétés exceptionnelles, notamment une haute résistance à la chaleur.

Malgré plus de trois décennies de recherche et de multiples tentatives pour les synthétiser, aucun résultat crédible n’a par contre été signalé.

Une équipe internationale à la rescousse

Une équipe internationale de scientifiques – dirigée par des chercheurs du Centre for Science at Extreme Conditions de l’Université d’Édimbourg et des experts de l’Université de Bayreuth, en Allemagne et de l’Université de Linköping, en Suède – a finalement réussi à faire une percée.

L’équipe a soumis diverses formes de précurseurs d’azote de carbone à des pressions de 70 à 135 gigapascals – environ un million de fois notre pression atmosphérique – tout en les chauffant à des températures de plus de mille cinq cents degrés Celsius.

Identification des composés

Pour identifier l’agencement atomique des composés dans ces conditions, les échantillons ont été éclairés par un faisceau de rayons X intense dans trois accélérateurs de particules – le European Synchrotron Research Facility en France, le Deutsches Elektronen-Synchrotron en Allemagne et l’Advanced Photon Source basé aux États-Unis.

Les chercheurs ont découvert que trois composés de nitrure de carbone avaient les éléments constitutifs nécessaires pour une super-dureté.

De manière remarquable, les trois composés ont conservé leurs qualités de type diamant lorsqu’ils sont revenus à des conditions de pression et de température ambiantes.

Propriétés supplémentaires

Des calculs et des expériences supplémentaires suggèrent que les nouveaux matériaux contiennent des propriétés supplémentaires, notamment la photoluminescence et une haute densité d’énergie, où une grande quantité d’énergie peut être stockée dans une petite quantité de masse.

Les chercheurs affirment que les applications potentielles de ces nitrures de carbone ultra-incompressibles sont vastes, les positionnant potentiellement comme des matériaux d’ingénierie ultimes pour rivaliser avec les diamants.

En synthèse

La recherche a été financée par le programme UKRI FLF et des subventions de recherche européennes. Cette découverte majeure ouvre la voie à de nouvelles applications industrielles et pourrait révolutionner la manière dont nous utilisons et produisons les matériaux dans le futur.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que le nitrure de carbone?

Le nitrure de carbone est un matériau composé de carbone et d’azote. Il est connu pour sa résistance exceptionnelle à la chaleur et sa dureté.

Quelles sont les applications potentielles de ce matériau?

Les applications potentielles de ce matériau comprennent les revêtements protecteurs pour les voitures et les vaisseaux spatiaux, les outils de coupe à haute endurance, les panneaux solaires et les photodétecteurs.

Qui a mené cette recherche?

Cette recherche a été menée par une équipe internationale de scientifiques de l’Université d’Édimbourg, de l’Université de Bayreuth en Allemagne et de l’Université de Linköping en Suède.

Qu’est-ce que cela signifie pour l’avenir de l’industrie des matériaux?

Cette découverte pourrait ouvrir la voie à de nouvelles applications industrielles et révolutionner la manière dont nous utilisons et produisons les matériaux dans le futur.

Qu’est-ce que la photoluminescence?

La photoluminescence est une propriété qui permet à un matériau d’émettre de la lumière lorsqu’il est exposé à la lumière.

Références

S. Angstenberger, P. Ruchka, M. Hentschel, T. Steinle, H. Giessen, “Hybrid Fiber-Solid State Laser with 3D-Printed Intracavity Lenses,” Opt. Lett., Vol. 48, Issue 24, pp. 6549-6552 (2023).
DOI: https://doi.org/10.1364/OL.504940