Si chiama pentadiamond ed è un nuovo materiale a base di carbonio che può sostituire i diamanti sintetici negli usi industriali di taglio e perforazione. A progettarlo i ricercatori dell’Università di Tsukuba, in Giappone, che hanno usato i calcoli computerizzati.

Costituiti da atomi di carbonio disposti in un reticolo denso, i diamanti sono famosi per la loro durezza senza pari tra i materiali noti. Tuttavia, il carbonio può formare molte altre configurazioni stabili, chiamate allotropi. Questi includono la tipica grafite del piombo delle matite, ma anche nanomateriali come i nanotubi di carbonio.

Le proprietà meccaniche, inclusa la durezza, di un allotropo dipendono principalmente dal modo in cui i suoi atomi si legano tra loro. Nei diamanti convenzionali, ogni atomo di carbonio forma un legame covalente con quattro vicini, denominato ibridazione sp3. Nei nanotubi e in alcuni altri materiali, ogni atomo di carbonio forma tre legami, chiamati ibridazione sp2.

Lo studio: i calcoli per arrivare a Pentadiamond

Ora i ricercatori giapponesi hanno studiato cosa accade se gli atomi di carbonio sono disposti in una struttura più complessa con una miscela di ibridazione sp3 e sp2.

“Gli allotropi di carbonio con atomi ibridi sp2 e sp3 presentano una maggiore diversità morfologica dovuta all’enorme numero di combinazioni e disposizioni nelle reti” afferma Yasumaru Fujii, primo autore della ricerca.

“Non solo il pentadiamond è più duro del diamante convenzionale, ma la sua densità è molto più bassa, uguale a quella della grafite” Mina Maruyama, coautrice dello studio.

Per calcolare la configurazione atomica più stabile, oltre a stimarne la durezza, il team si è basato su un metodo computazionale chiamato teoria funzionale della densità (DFT), che usa un’approssimazione che si concentra sulla densità finale degli elettroni nello spazio in orbita attorno agli atomi. Ciò semplifica il calcolo e lo rende adatto ai computer, pur fornendo risultati molto precisi.

Gli scienziati hanno scoperto che il modulo di Young, una misura della durezza, del pentadiamond può arrivare a quasi 1700 GPa, rispetto a circa 1200 GPa  del diamante convenzionale.

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