Вчені з’ясували чому полікристалічні наноалмази мають рекордної твердістю і пружністю

Вчені з Московського Фізтеху з’ясували, чому нещодавно відкриті полікристалічні наноалмази мають рекордної твердістю і пружністю, і можуть дряпати природні алмази, про що вчені розповіли у статті в журналі Applied Physics Letters.

За останні роки вчені відкрили кілька нових форм вуглецю та інших речовин і сполук, таких як нітрид бору, здатних змагатися з алмазом у механічної міцності та інших якостях, які раніше вважалися рисою алмазів.

В їх число входять ельбор, карбін, фуллерит, нанополикристаллические (NPD) алмази і аморфний вуглець, фізична підґрунтя багатьох властивостей яких залишається загадкою для вчених.

Павло Сорокін і Сергій Єрохін з Інституту надтвердих і нових вуглецевих матеріалів в Троїцьку і Московського фізико-технічного інституту в Долгопрудном розкрили природу деяких властивостей NPD-алмазів, моделюючи їхні властивості за допомогою найпотужніших суперкомп’ютерів. Про результати експериментів розповідає прес-служба МФТІ.

Раніше експерименти з поликристаллическими алмазними — структурами, що складаються з безлічі дрібних алмазних нанокристалів — показали, що вони в деяких випадках можуть бути більш жорсткими, ніж монокристалічний алмаз.

За словами Сорокіна і Єрохіна,

всі властивості алмазів подібного типу дуже сильно залежать від того, яким розміром володіють «зерна» вуглецю, з яких зліплені ці дорогоцінні камені.

Як правило, чим менше розмір, тим більш міцними і стійкими бувають NPD-алмази, однак фізики не були до кінця впевнені, що буде відбуватися при подальшому зменшенні розмірів наночастинок.

Розрахунки, проведені Сорокіним і Ерохиным, показують, що

здатність полікристалічних алмазів стискатися з усіх боків дійсно залежить від того, якими володіють розмірами його зерна. При цьому вченим вдалося знайти пояснення аномальної міцності цих алмазів, в якій сумнівалися багато інших фізики.

Як розповідають російські вчені, секретом їх стійкості до стиснення є те, що індивідуальні зерна вуглецю реагують на рівномірне навантаження з усіх боків анізотропне.

Це означає, що вони краще чинять опір натиску з одного боку, що з іншого, і при цьому кожне зерно реагує на навантаження по-різному.

Частина з них, як показали розрахунки Єрохіна і Сорокіна, володіють більш високим коефіцієнтом об’ємної пружності, ніж весь алмаз в цілому. Можливою причиною цього, пишуть фізики, є те, що зерна володіють різною формою і що вони по-різному контактують один з одним.

Результати цих розрахунків і фізичне пояснення міцності наноалмазів, як сподіваються автори статті, допоможуть створити ще більш міцні матеріали, підбираючи «правильний» розмір і форму зерен. Наприклад, вчені вже встигли з’ясувати, що найбільш вдалі алмази повинні виходити в тих випадках, коли їх виготовляють з наночастинок діаметром в 10 нанометрів, що повністю відповідає результатам практичних експериментів.

«Подібні матеріали мають велике значення в різних областях промисловості, оскільки можуть використовуватися в якості зносостійких покриттів, абразивних матеріалів, в якості інструментів для ограновування і полірування та ін Таким чином, пошук і синтез нових супер – і ультратвердых матеріалів з твердістю, порівнянної або навіть твердіше, ніж у алмазу, становить особливу важливість з точки зору як фундаментальної науки, так і прикладних застосувань», — підсумовує Сорокін.

Залишити відповідь

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