Από την πρώτη ατομική βόμβα γεννήθηκε ένα υλικό που δεν είχε ξαναδεί ποτέ ο άνθρωπος
Η έρευνα αυτή ανοίγει νέους δρόμους όχι μόνο για τη βασική επιστήμη, αλλά και για την ανάπτυξη καινοτόμων τεχνολογιών
Snapshot
- Μια διεθνής ομάδα ερευνητών ανακάλυψε ένα νέο υλικό με κρυσταλλική δομή από ασβέστιο, χαλκό και πυρίτιο μέσα στο trinitite, το γυαλί που σχηματίστηκε μετά την πρώτη πυρηνική έκρηξη Trinity το 1945.
- Το νέο υλικό ανήκει στην κατηγορία των clathrates, τα οποία διαθέτουν δομή
- κλωβό και έχουν σημαντικές εφαρμογές σε τεχνολογίες όπως θερμοηλεκτρικά υλικά, ημιαγωγοί και αποθήκευση αερίων.
- Ο αυθόρμητος σχηματισμός του clathrate σε ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης αποδεικνύει ότι τέτοια περιβάλλοντα μπορούν να δημιουργήσουν υλικά που δεν παράγονται με παραδοσιακές μεθόδους.
- Η ανακάλυψη επεκτείνει τη γνώση για τον τρόπο οργάνωσης των ατόμων σε ακραίες συνθήκες και ανοίγει προοπτικές για το σχεδιασμό νέων προηγμένων υλικών.
- Πυρηνικές εκρήξεις και άλλα ακραία φυσικά φαινόμενα λειτουργούν ως φυσικά εργαστήρια, επιτρέποντας την παρατήρηση υλικών που δεν αναπαράγονται εύκολα στο εργαστήριο.
Ένα υλικό που δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ πριν, γεννημένο στην «καρδιά» της πρώτης πυρηνικής έκρηξης στην ιστορία.
Αυτή είναι η ανακάλυψη που έκανε μια διεθνής ερευνητική ομάδα υπό τον Luca Bindi, καθηγητή Ορυκτολογίας στο Τμήμα Επιστημών της Γης του Πανεπιστημίου της Φλωρεντίας, γνωστό ήδη στην επιστημονική κοινότητα για την αναγνώριση φυσικών ημι-κρυστάλλων (quasicrystals).
Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences με τίτλο «Extreme non-equilibrium synthesis of a Ca–Cu–Si clathrate during the Trinity nuclear test», παρουσιάζει την ταυτοποίηση μιας άγνωστης μέχρι σήμερα κρυσταλλικής δομής μέσα στην trinitite, το γυαλί που σχηματίστηκε στην έρημο του Νέου Μεξικού μετά τη δοκιμή Trinity το 1945, το πρώτο πυρηνικό πείραμα που πραγματοποιήθηκε ποτέ.
Αναλύοντας μικροσκοπικά μεταλλικά σταγονίδια παγιδευμένα στο υλικό, οι ερευνητές ανακάλυψαν ένα υλικό αποτελούμενο από ασβέστιο, χαλκό και πυρίτιο: μια κρυσταλλική διάταξη που δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ ούτε στη φύση ούτε στο εργαστήριο.
Τα clathrates, όπως ονομάζονται, θεωρούνται μία από τις πιο υποσχόμενες κατηγορίες υλικών για τη σύγχρονη τεχνολογική έρευνα.
Χάρη στη χαρακτηριστική «δομή-κλωβό» που διαθέτουν, μπορούν να παγιδεύουν άτομα και μόρια, αποκτώντας μοναδικές φυσικές ιδιότητες. Για αυτό μελετώνται σε πολλούς στρατηγικούς τομείς: από τη μετατροπή θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω θερμοηλεκτρικών υλικών, μέχρι την ανάπτυξη προηγμένων ημιαγωγών και συστημάτων αποθήκευσης αερίων και υδρογόνου για τις ενεργειακές τεχνολογίες του μέλλοντος.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, ο αυθόρμητος σχηματισμός αυτού του νέου clathrate κατά τη διάρκεια μιας πυρηνικής έκρηξης αποδεικνύει πως ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης μπορούν να δημιουργήσουν εντελώς νέα υλικά, αδύνατο να παραχθούν με τις παραδοσιακές μεθόδους σύνθεσης. Η ανακάλυψη ανοίγει νέες προοπτικές στην επιστήμη των υλικών και στη μελέτη φαινομένων που δημιουργούνται σε ακραία περιβάλλοντα.
Η ανακάλυψη γίνεται ακόμη πιο εντυπωσιακή, καθώς στο ίδιο γεγονός είχε ήδη σχηματιστεί ένα ακόμη εξαιρετικά σπάνιο υλικό: ένας ημι-κρύσταλλος πλούσιος σε πυρίτιο, που είχε επίσης τεκμηριωθεί από την ομάδα του Bindi πριν από λίγα χρόνια.
«Η κατανόηση της σχέσης ανάμεσα σε αυτές τις δομές βοηθά τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πώς οργανώνονται τα άτομα κάτω από ακραίες συνθήκες και διευρύνει τις δυνατότητες σχεδιασμού νέων προηγμένων υλικών», σχολιάζει ο Bindi.
«Γεγονότα όπως οι πυρηνικές εκρήξεις, οι κεραυνοί ή οι προσκρούσεις μετεωριτών λειτουργούν σαν πραγματικά φυσικά εργαστήρια», εξηγούν οι ερευνητές. «Μας επιτρέπουν να παρατηρούμε μορφές ύλης που δεν μπορούμε εύκολα να αναπαράγουμε στο εργαστήριο».
Η έρευνα αυτή ανοίγει νέους δρόμους όχι μόνο για τη βασική επιστήμη, αλλά και για την ανάπτυξη καινοτόμων τεχνολογιών, αποδεικνύοντας ότι ακόμη και καταστροφικά γεγονότα μπορούν να αφήσουν πίσω τους ανακαλύψεις χρήσιμες για το μέλλον.
