Американські вчені створили нову надтверду форму вуглецю

Американські вчені створили нову надтверду форму вуглецю – гібридний матеріал з аморфних компонентів, що перевершує по твердості та іншим властивостям алмаз, і представили його світу в статті в журналі Science.

“Ми відкрили нову алотропні модифікації вуглецю, який можна порівняти з алмазом у здатності протистояти тиску. Після перетворення заготовки в нову форму вуглецю при надвисокому тиску, вона залишається стабільною і в нормальних умовах. Це означає, що цей матеріал можна використовувати в найрізноманітніших практичних цілях”, – пояснив керівник групи фізиків Лін Ванг (Lin Wang) з Інституту науки Карнегі у Аргон (США).

Ванг його колеги, у тому числі виходець з Росії Станіслав Синогейкин, вивчали властивості аморфного вуглецевого матеріалу, відомого під кодовою назвою “вуглець-60”. Він нагадує по своїй формі фулерен і являє собою кульку з з’єднаних один з одним кілець з п’яти і шести атомів вуглецю.

Вчені розчинили кульки “вуглецю-60” в органічному розчиннику ксилолі, молекули якого складаються з кільця атомів вуглецю і двох метильних хвостів, і приступили до експериментів. Фізики стискали розчин під високим тиском і стежили за тим, як змінюються властивості матеріалу.

При невеликих тисках властивості розчину не змінювалися, проте при досягненні відмітки в 32,8 гигапаскаль, або 323 тисячі атмосфер, матеріал пережив структурну перебудову. У результаті цього виник новий надтвердий матеріал, що не поступається в твердості алмазу. Так, він здатний подряпати поверхню алмазу і витримує порівнянні тиску, що і його природний “конкурент”.

Виявивши настільки незвичайний матеріал, Ванг і його колеги вивчили структуру, освітивши фрагмент нової форми вуглецю за допомогою рамановского спектрографа. Виявилося, що їх дітище було аморфним, а не кристалічним, що було досить несподіваним відкриттям. З точки зору теорії, надміцні матеріали з аморфним пристроєм можуть існувати, однак на практиці такі речовини не були відомі до цього відкриття.

За словами фізиків, підвищення тиску до 32 гигапаскаль призвело до часткової деформації сфер “вуглецю-60”. Пошкоджені сфери “злиплися” і втратили здатність відновлювати свою форму, в результаті чого даний матеріал придбав стійкість при нормальному тиску і температурі.

Молекули розчинника грають ключову роль в дивовижних властивостях матеріалу – випарювання ксилолу призвело до руйнування фрагмента нової форми вуглецю. Швидше за все, це пов’язано з тим, що невеликі молекули розчинника підвищують міцність матеріалу, заповнюючи порожнечі, що виникли при деформації “вуглецю-60”.

Ванг і його колеги планують створити та інші види схожих матеріалів, змінюючи число вуглецевих атомів у “кульках” та форму молекул розчинника. За їх словами, це допоможе краще розуміти те, чому дана форма вуглецю має настільки високою міцністю.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *