Terobosan Nitrogen Karbon Membuka Pintu untuk Kemajuan Besar dalam Ilmu Material

Apakah membahas kemajuan di bidang komputasi, energi berkelanjutan, transportasi, atau hal lain sepenuhnya, semuanya tidak akan mungkin tanpa terobosan mendasar dalam ilmu material. Sementara beberapa terobosan memiliki potensi lebih signifikan daripada yang lain – ingat kegembiraan atas kemungkinan superkonduktor suhu ruang pada pertengahan 2023 – masing‑masing berperan penting dalam memfasilitasi kemajuan di berbagai sektor seiring bahan yang digunakan menjadi lebih ringan, lebih kuat, lebih murah, dll.

Untuk itu, para ilmuwan baru‑baru ini berhasil mewujudkan tujuan lebih dari 30 tahun untuk memproduksi material yang lebih keras daripada berlian dari nitrat karbon. Baca selengkapnya untuk mengetahui apa artinya, kasus penggunaan potensial untuk produk tersebut, dan perusahaan yang mungkin paling diuntungkan jika proses manufaktur yang efisien dikembangkan.

Terobosan

Studi yang berjudul “Synthesis of Ultra-Incompressible and Recoverable Carbon Nitrides Featuring CN₄ Tetrahedra” menunjukkan peneliti memproduksi empat senyawa karbon‑nitrogen,

• oP8-CN
• hP126-C₃N₄
• tI14-C₃N₄
• tI24-CN₂

Hal ini dicapai dengan menggunakan sel anvil berlian, memaparkan senyawa-senyawa tersebut pada tekanan sangat tinggi (72 hingga 134 GPa) dan suhu tinggi (2500 K).

Menjanjikan, senyawa hasil tersebut, yang diklaim memiliki struktur tetrahedral dengan ikatan kovalen kuat, menunjukkan karakteristik seperti ultra‑incompressible dan superhard. Selain itu, mereka menampilkan berbagai properti yang dapat membuatnya menarik untuk berbagai aplikasi. Ini termasuk,

• densitas energi tinggi
• piezoelektrik
• fotoluminesensi​​​​.

Senyawa-senyawa ini dianggap signifikan khususnya karena kekerasannya, yang berpotensi menyaingi atau melampaui berlian. Sintesis material semacam ini, yang sebelumnya dianggap teoretis, menandai kemajuan penting dalam ilmu material bertekanan tinggi​.

Modulus Bulk vs Skala Mohs

Dalam studi ini, ditemukan bahwa modulus bulk senyawa mencapai angka setinggi 419 GPa. Dikatakan bahwa ini sebanding dengan berlian (446 GPa), dan berarti bahwa “semua empat nitrat karbon diklasifikasikan sebagai material ultra‑incompressible”.

Namun, penting untuk diingat bahwa ‘modulus bulk’ tidak sama dengan skala Mohs, dengan adanya perbedaan yang jelas antara kedua pengukuran tersebut.

Modulus Bulk: Ini adalah ukuran resistensi material terhadap kompresi seragam dan dinyatakan dalam satuan tekanan, seperti Pascal (Pa). Ia mengukur seberapa tidak dapat dimampatkan suatu material. Modulus bulk yang lebih tinggi berarti material lebih kaku dan kurang dapat dimampatkan, yang menyiratkan bahwa material tersebut mungkin lebih keras.

Skala Mohs: Ini adalah skala kualitatif dan ordinal yang mengurutkan material berdasarkan ketahanan goresnya relatif terhadap material lain. Skala ini berkisar dari 1 (paling lunak) hingga 10 (paling keras). Skala Mohs lebih sederhana dan praktis untuk membandingkan kekerasan mineral yang berbeda, namun tidak memberikan pengukuran numerik atau presisi seperti modulus bulk.

Singkatnya, modulus bulk adalah metode yang lebih tepat untuk menilai kekerasan material, sementara skala Mohs melakukannya secara tidak langsung melalui ketahanan gores.

Kasus Penggunaan

Memahami hasilnya, menjadi lebih mudah membayangkan beberapa aplikasi masa depan untuk material semacam ini. Dengan nitrat karbon yang disintesis memiliki kombinasi superhardness, properti piezoelektrik, dan fotoluminesensi, mereka berpotensi cocok untuk berbagai aplikasi.

Gambaran ilustratif tentang implementasi potensial nitrat karbon yang sekeras berlian.

Aplikasi Industri: Sifat superhard mereka membuatnya cocok untuk alat pemotong, abrasif, dan peralatan pengeboran. Mereka dapat secara signifikan meningkatkan kinerja dan umur pakai alat‑alat tersebut.

Elektronik dan Optronik: Properti piezoelektrik dan fotoluminesensi material ini dapat bermanfaat dalam mengembangkan perangkat elektronik dan optronik canggih, termasuk sensor, transduser, dan komponen untuk teknologi laser.

Penyimpanan Energi: Mengingat densitas energi tinggi mereka, nitrat karbon ini mungkin dieksplorasi untuk digunakan dalam solusi penyimpanan energi, berpotensi meningkatkan efisiensi dan kapasitas baterai atau superkapasitor.

Dirgantara dan Pertahanan: Kombinasi kekerasan, daya tahan, dan stabilitas termal dapat membuatnya berharga dalam dirgantara dan pertahanan untuk komponen yang memerlukan material yang dapat menahan kondisi ekstrem.

Teknologi Medis: Sifat biokompatibel nitrat karbon dapat membuka aplikasi di bidang biomedis, seperti pada prostetik atau sebagai lapisan pelapis implan untuk meningkatkan daya tahan dan kinerja.

Jelas, properti yang ditunjukkan oleh senyawa‑senyawa ini membuatnya sangat menarik, dan meskipun saat ini belum ada proses manufaktur praktis skala besar, mereka memiliki potensi cukup untuk penelitian lanjutan.

Perusahaan Ilmu Material Tinggi Teratas

*Angka yang disajikan di bawah ini akurat pada saat penulisan dan dapat berubah. Setiap calon investor harus memverifikasi metrik*

1. 3M Company

MMM Grafik Harga

3M Company (MMM ), terkenal karena inovasinya di berbagai domain ilmiah dan industri, dapat sangat diuntungkan dari nitrat karbon yang baru disintesis. Material ini, dengan kekerasan dan daya tahan luar biasa, selaras dengan fokus 3M pada solusi material canggih untuk pasar industri, kesehatan, konsumen, dan elektronik. Khususnya, sifat superhard mereka dapat meningkatkan abrasif dan alat pemotong 3M, sementara properti piezoelektrik dan fotoluminesensinya mungkin menemukan aplikasi dalam komponen elektronik dan sistem optik. Integrasi nitrat karbon ke dalam lini produk 3M dapat menghasilkan material yang lebih efisien, tahan lama, dan serbaguna, memperkuat warisan inovasi perusahaan.

2. General Electric

GE Grafik Harga

General Electric (GE.TO ) (GE), konglomerat multinasional, juga dapat memperoleh manfaat dari pengembangan nitrat karbon. Portofolio GE yang beragam, mencakup penerbangan, pembangkit listrik, dan energi terbarukan, dapat memanfaatkan material canggih ini untuk merevolusi lini produk mereka. Adopsi nitrat karbon dapat menjadi langkah signifikan dalam komitmen GE terhadap kemajuan teknologi dan keberlanjutan.

3. Raytheon Technologies

RXT Grafik Harga

Akhirnya, Raytheon Technologies, perusahaan terkemuka di bidang dirgantara dan pertahanan, dapat memperoleh manfaat dari nitrat karbon yang baru saja disintesis. Sebagai pemimpin dalam mengembangkan sistem canggih untuk aplikasi dirgantara dan pertahanan, minat Raytheon dapat terletak pada pemanfaatan material ultra‑incompressible dan superhard ini untuk memproduksi komponen ringan berdaya tahan tinggi. Properti luar biasa nitrat karbon menjadikannya ideal untuk struktur dirgantara dan sistem pertahanan yang memerlukan material yang dapat menahan kondisi lingkungan dan operasional ekstrem, meningkatkan daya tahan dan kinerja produk Raytheon.

Kesimpulan Akhir

Perjalanan panjang diperlukan untuk mencapai titik studi ini. Selama lebih dari tiga dekade, para ilmuwan mengejar tujuan menciptakan nitrat karbon sekeras berlian, dengan upaya dimulai pada tahun 1989. Sekarang setelah hal ini tercapai, ini menandai tonggak penting dalam ilmu material, yang kini mengalihkan sebagian fokus pada cara mensintesis material tersebut secara berulang dalam skala untuk penggunaan dalam aplikasi komersial yang ditawarkan oleh perusahaan seperti yang tercantum.