Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые синтезировали материал — почти такой же твердый, как алмаз
По словам разработчиков, новый материал практически невозможно разбить, а область его применения может быть самой разной: от фотодетекторов до защитных покрытий автомобилей и обшивки космических аппаратов.
Алмаз — самый твердый минерал в природе, а еще он обладает наиболее высокой теплопроводностью среди всех твердых тел. Этот материал используют в микроэлектронике, фотонике, лазерной технике, детекторах ионизирующего излучения. Правда, у алмаза есть один недостаток. Хотя его структура очень твердая, в то же время она достаточно хрупкая (в разных направлениях кристалла его прочность неодинакова). Поэтому области применения алмаза ограничены.
Ученые в лабораториях давно пытаются создать достаточно твердые материалы, которые можно было бы использовать при экстремальных температурах, давлениях, скоростях, напряжениях, сильной радиации.
В 1989 году американские физики Марвин Коэн (Marvin Cohen) и Эми Лю (Amy Liu) экспериментировали с нитридом углерода — бинарным соединением углерода и азота (C3N4), — чтобы синтезировать новый сверхтвердый материал. Ученые утверждали, что атомы углерода и азота в соотношении 3:4 могут образовывать особенно короткие и сильные связи в стабильной кристаллической решетке. По расчетам, проведенным американскими исследователями, новое вещество должно быть столь же твердым, как алмаз. Отметим, что нитриды — химические соединения азота с металлами и неметаллами.
Опыты Коэна и Лю не оправдали ожиданий, зато привлекли внимание множества ученых. В дальнейшем было предсказано существование нескольких модификаций нитрида углерода. Одну из них — нитрид углерода с трехмерными каркасами тетраэдров (CN4) — специалисты назвали «величайшей надеждой материаловедения». Потому что этот материал будет иметь твердость, превышающую твердость алмаза или сравнимую с ней.
На протяжении трех десятилетий ученые предпринимали целый ряд попыток синтезировать новый материал. Правда, давалось это непросто. Сложность синтеза в основном обусловлена термической неустойчивостью нитрида углерода (происходит разложение при температуре 800 градусов Цельсия). Необходимо было найти способ, чтобы обойти это ограничение.
Спустя 30 лет прорыв в этой области, наконец, произошел. Международная команда исследователей под руководством Доминика Ланиеля (Dominique Laniel) из Эдинбургского университета (Шотландия) рассказала, что им удалось синтезировать три новых соединения нитрида углерода: tI14-C3N4, hP126-C3N4 и tI24-CN2.
На основе этих соединений ученые разработали материал, который по твердости может конкурировать с алмазом. Он тверже нитрида бора с кубической микроструктурой — синтетического сверхтвердого материала, получаемого из гексагональной модификации нитрида бора (BN) в результате воздействия на него высоких давлений и температур. Это второй по твердости материал после алмаза.
Ланиель и его коллеги получили новые соединения, подвергая различные формы прекурсоров нитрида углерода давлению в 70-135 гигапаскалей (что в миллион раз превышает атмосферное давление) и одновременно нагревая их до температуры более 1500 градусов Цельсия.
Потом с помощью рентгеновских установок на трех ускорителях частиц — Европейского центра синхронного излучения во Франции, немецкого синхротрона DESY и американского центра синхротронного излучения APS — ученые исследовали расположение атомов в твердых кристаллических веществах и их атомную структуру.
Анализ показал, что три синтезированных соединения нитрида углерода (tI14-C3N4, hP126-C3N4 и tI24-CN2) имеют подходящую структуру для создания сверхтвердого материала. Дополнительные исследования выявили, что эти соединения могут обладать пьезоэлектрическими и фотолюминесцентными свойствами, а еще способны накапливать большое количество энергии при относительно малой массе.
«Кроме того, эти соединения сохраняют свои сверхтвердые свойства даже после охлаждения и в условиях нормального давления окружающей среды. Новые нитриды углерода получают в результате воздействия давления выше 100 гигапаскалей, их можно извлечь на открытый воздух при комнатной температуре [без разрушения]», — пояснил Ланиель.
По мнению авторов, их работа откроет новые возможности в самых разных областях, где не применяли алмазы или использовали их незначительно. В частности, Ланиель полагает, что с помощью нового сверхтвердого материала, созданного на основе трех соединений нитрида углерода, можно будет изготавливать защитные покрытия для автомобилей и новый вид обшивки для космических кораблей, а также фотодетекторы и мощные режущие инструменты.
Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Materials.
Telegram 
Дзен 
VK Международная команда палеонтологов развенчала статус окаменелости Pohlsepia mazonensis, которая с 2000 года считалась древнейшим осьминогом на земле. Сканирование выявило внутри породы скрытый зубчатый аппарат (радулу). Его строение показывает, что перед учеными не осьминог, а окаменевшие остатки сгнившего наутилуса. Это открытие сдвигает появление первых осьминогов на 150 миллионов лет вперед и заставляет пересмотреть молекулярные часы эволюции головоногих.
Космическая обсерватория «Эйнштейн» зарегистрировала необычный рентгеновский сигнал, энергия которого оказалась сопоставима с энергией гамма-всплеска. Проанализировав эти данные, группа астрономов предположила, что стала свидетелем «грязного взрыва» — типа релятивистского выброса при коллапсе массивной звезды, предсказанного более 30 лет назад. Если выводы подтвердятся, это поможет лучше понять механизмы гибели массивных светил.
Устные рассказы жителей Центральной Африки о рыбах, карабкающихся вверх по водопадам, впервые удалось подтвердить и задокументировать. Ученые сняли на камеру, как тысячи крошечных паракнерий поднимаются по водопаду, высота которого составляет 15 метров.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Международная команда палеонтологов развенчала статус окаменелости Pohlsepia mazonensis, которая с 2000 года считалась древнейшим осьминогом на земле. Сканирование выявило внутри породы скрытый зубчатый аппарат (радулу). Его строение показывает, что перед учеными не осьминог, а окаменевшие остатки сгнившего наутилуса. Это открытие сдвигает появление первых осьминогов на 150 миллионов лет вперед и заставляет пересмотреть молекулярные часы эволюции головоногих.
Японские экологи непрерывно измеряли напряжение внутри 37 диких грибов и зафиксировали между ними направленный обмен электрическими сигналами. Локальный полив земли рядом с одним плодовым телом вызвал мгновенный всплеск передачи информации по всей подземной сети. Этот коммуникационный процесс объединил в единую структуру даже генетически чужеродные организмы.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии